PL189780B1 - Two-pole plate of a separator for stack of fuel cells, method for manufacture of two-pole separator plate for stack of fuel cells and stack of fuel cells - Google Patents

Two-pole plate of a separator for stack of fuel cells, method for manufacture of two-pole separator plate for stack of fuel cells and stack of fuel cells

Info

Publication number
PL189780B1
PL189780B1 PL98336926A PL33692698A PL189780B1 PL 189780 B1 PL189780 B1 PL 189780B1 PL 98336926 A PL98336926 A PL 98336926A PL 33692698 A PL33692698 A PL 33692698A PL 189780 B1 PL189780 B1 PL 189780B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
separator plate
plate
stack
resin
separator
Prior art date
Application number
PL98336926A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL336926A1 (en
Inventor
Gerald J. Koncar
Leonard G. Marianowski
Original Assignee
Inst Gas Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Gas Technology filed Critical Inst Gas Technology
Publication of PL336926A1 publication Critical patent/PL336926A1/en
Publication of PL189780B1 publication Critical patent/PL189780B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241Composites
    • H01M8/0243Composites in the form of mixtures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0082Organic polymers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0234Carbonaceous material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

A gas impervious bi-polar separator plate for a proton exchange membrane fuel cell having at least one electronically conductive material in an amount in a range of about 50% to about 95% by weight of the separator plate, at least one resin in an amount of at least about 5% by weight of the separator plate, and at least one hydrophilic agent, where the electronically conductive material, the resin, and the hydrophilic agent are substantially uniformly dispersed throughout the separator plate.

Description

Przedmiotem wynalazku jest płyta separatora dwubiegunowa do stosu ogniw paliwowych, sposób wytwarzania płyty separatora dwubiegunowej do stosu ogniw paliwowych i stos ogniw paliwowych.The present invention relates to a bipolar separator plate for a fuel cell stack, a method for producing a bipolar separator plate for a fuel cell stack, and a fuel cell stack.

Niniejszy wynalazek odnosi się do dwubiegunowej płyty separatora, stosowanej w stosie ogniw paliwowych z membranami wymieniającymi protony.The present invention relates to a bipolar separator plate for use in a fuel cell stack with proton exchange membranes.

Znane są ogniwa paliwowe, w których płyta separatora jest hydrofilowa i posiada kontrolowaną porowatość, która ułatwia wewnętrzne zwilżanie ogniwa paliwowego, jak również usuwanie wody powstającej w ogniwie paliwowym, a jednocześnie umożliwia kontrolowanie temperatury stosu ogniw paliwowych.There are known fuel cells in which the separator plate is hydrophilic and has a controlled porosity that facilitates internal wetting of the fuel cell as well as removal of water formed in the fuel cell, while allowing the temperature of the fuel cell stack to be controlled.

Znane elektryczne układy ogniw paliwowych składają się z zestawionych w stos licznych indywidualnych ogniw, rozdzielonych dwubiegunowymi, przewodzącymi elektronicznie, płytami separatorów. Poszczególne ogniwa są ułożone jedno na drugim i są złączone w jednoczęściowym układzie w celu uzyskania żądanej energii wyjściowej układu ogniw paliwowych. Każde indywidualne ogniwo ogólnie zawiera elektrody anodę i katodę, elektrolit oraz paliwo i źródło gazu utleniającego. Zarówno paliwo jak gazy utleniające są wprowadzane przez układ przewodów dystrybucyjnych usytuowany albo wewnątrz, albo na zewnątrz stosu ogniw paliwowych, do odpowiednich komór reakcyjnych między płytą separatora a elektrolitem.Known electrical fuel cell systems consist of a stacked plurality of individual cells separated by bipolar electronically conductive separator plates. The individual cells are stacked on top of each other and connected in a one-piece system to obtain the desired output energy of the fuel cell system. Each individual cell generally includes electrodes, anode and cathode, an electrolyte, and a fuel and an oxidizing gas source. Both the fuel and the oxidizing gases are introduced through a distribution conduit system located either inside or outside the fuel cell stack, into the respective reaction chambers between the separator plate and the electrolyte.

Znane są ogniwa paliwowe, które są przystosowane do użytku w różnych zastosowaniach, włącznie z wytwarzaniem energii, napędzaniem samochodów i innych, gdzie należy unikać zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Obejmują one ogniwa paliwowe z płynnym węglanem, stałym tlenkiem, kwasem fosforowym i z membraną wymieniającą protony. Jednym z problemów związanych z pomyślnym działaniem każdego typu ogniwa paliwowego jest kontrolowanie temperatury ogniwa paliwowego i usuwanie produktów wytwarzanych przez reakcje elektrochemiczne z wnętrza ogniwa paliwowego.Fuel cells are known and are suitable for use in a variety of applications including power generation, driving cars, and others where environmental pollution must be avoided. These include fuel cells with liquid carbonate, solid oxide, phosphoric acid and a proton exchange membrane. One of the problems with the successful operation of any type of fuel cell is controlling the temperature of the fuel cell and removing products generated by electrochemical reactions from within the fuel cell.

Możliwe do zastosowania komercyjnego stosy ogniw paliwowych mogą zawierać do około 600 indywidualnych ogniw paliwowych, z których każde ma pole powierzchni do 1,08 m2. Przy zestawianiu w stos takich indywidualnych ogniw, płyty separatorów oddzielają indywidualne ogniwa, zaś paliwo i utleniacz są wprowadzane miedzy zestaw płyt separatorów; przy czym paliwo jest wprowadzane między jedną powierzchnią płyty separatora a stroną anodową elektrolitu, zaś utleniacz jest wprowadzany między drugą powierzchnią płyty separatora a stroną katodową drugiego elektrolitu. Stosy ogniw, zawierające 600 ogniw mogą mieć wysokość nawet 6 m, stwarzając poważne problemy w związku z utrzymaniem integralności ogniw podczas wygrzewania i działania stosu ogniw paliwowych w wyniku powstawania gradientów temperatury w zespole ogniw oraz z warunkami pracy ogniw, różnicową rozszerzalnością cieplną i konieczną wytrzymałością materiałów·; wymaganą dla różnych składników, małymi tolerancjami i bardzo trudnymi problemami inżynierskimi. W związku z tym, kontrolaUsable commercial fuel cell stacks may contain up to about 600 individual fuel cells, each of which has a surface area of 1.08 m 2. In stacking such individual cells, the separator plates separate the individual cells, and fuel and oxidant are introduced between the set of separator plates; the fuel is introduced between one surface of the separator plate and the anode side of the electrolyte, and the oxidant is introduced between the other surface of the separator plate and the cathode side of the second electrolyte. Cell stacks containing 600 cells can be as high as 6 m, creating serious problems in maintaining the integrity of the cells during annealing and operation of the fuel cell stack due to temperature gradients in the cell assembly and the operating conditions of the cells, differential thermal expansion and the necessary strength of the materials ·; required for different components, small tolerances and very difficult engineering problems. Accordingly, control

189 780 temperatury ogniw jest bardzo istotna i, jeśli nie jest realizowana z minimalnym gradientem temperatury, nie będzie utrzymana jednorodna gęstość prądu i wystąpi degradacja ogniwa.Cell temperature is very important and, if not implemented with a minimum temperature gradient, the current density will not be kept uniform and cell degradation will occur.

W ogniwie paliwowym z membraną wymieniającą protony (PEM), elektrolitem jest polimer organiczny w postaci membrany przepuszczającej protony, takiej jak polimer kwasu perfluorosulfonowego. Ten typ ogniwa paliwowego działa najlepiej, kiedy membrana elektrolitowa jest zwilżana wodą, ponieważ sucha membrana nie działa wydajnie. Podczas działania ogniwa, woda jest przeciągana przez membranę od strony anodowej do strony katodowej wraz z protonami przechodzącymi przez membranę. Powoduje to wysuszanie strony anodowej membrany, a także powoduje tworzenie warstewki wody na stronie katodowej membrany. Powierzchnia katodowa jest dalej zwilżana przez wodę, powstającą w wyniku reakcji elektrochemicznej. Zatem, krytyczne dla działania ogniwa paliwowego PEM jest, aby woda z reakcji była ciągle usuwana ze strony katodowej membrany, przy jednoczesnym utrzymywaniu strony anodowej membrany zwilżonej, aby ułatwić rekcję elektrochemiczną i utrzymać przewodność membrany.In a proton exchange membrane (PEM) fuel cell, the electrolyte is an organic polymer in the form of a proton permeable membrane, such as a perfluorosulfonic acid polymer. This type of fuel cell works best when the electrolyte membrane is wetted with water because the dry membrane does not work efficiently. During cell operation, water is pulled across the membrane from the anode side to the cathode side with protons passing through the membrane. This causes the anode side of the membrane to dry out and also causes a water film to form on the cathode side of the membrane. The cathode surface is further wetted by the water produced by the electrochemical reaction. Thus, it is critical to the operation of the PEM fuel cell that the reaction water is continuously removed from the cathode side of the membrane while keeping the anode side of the membrane wetted to facilitate electrochemical reaction and maintain the membrane conductivity.

Gospodarka wodą w ogniwie paliwowym z membraną wymieniającą protony jest przedmiotem kilku patentów w Stanach Zjednoczonych. Opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,769,297 mówi o wykorzystaniu ogniwa paliwowego ze stałym polimerem, w którym woda jest dostarczana z gazem anodowym na stronę anodową membrany. Pewna część wody migruje przez stos od ogniwa do ogniwa, przy czym migracja wody jest wynikiem przeciągania wody od anody przez membranę do katody i przez użycie hydrofilowej, porowatej płyty separatora umieszczonej między sąsiednimi ogniwami. Wymuszany jest przepływ wody przez porowatą płytę separatora przez różnicę ciśnień składników reakcji, utrzymywaną między katodą a anodą. Płyty podtrzymujące anodę mają duże pole powierzchni, z którego woda odparowuje, spełniając funkcję chłodzenia. Sugeruje się, aby płyta separatora była wykonywana z grafitu. /Water management in a proton exchange membrane fuel cell is covered by several US patents. U.S. Patent No. 4,769,297 teaches the use of a solid polymer fuel cell in which water is supplied with anode gas to the anode side of the diaphragm. A certain proportion of the water migrates through the stack from cell to cell, the migration of water being the result of dragging water from the anode through the membrane to the cathode and by using a hydrophilic, porous separator plate disposed between adjacent cells. Water is forced through the porous separator plate by the pressure differential of the reaction components, held between the cathode and the anode. The anode support plates have a large surface area from which water evaporates to provide cooling. It is suggested that the separator plate be made of graphite. /

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,826,741 opisuje układ ogniw paliwowych wykorzystujący porowatą, grafitową płytę anodową. Woda jest dostarczana do porowatej płyty i anodowy gaz reakcyjny jest zwilżany w wyniku parowania z powierzchni płyty. Membrana wymieniająca protony jest zwilżana w wyniku styku z wilgotną, porowatą płytą anody. Nieporowata i nieprzepuszczająca gazu płyta separatora w sąsiedztwie płyty katodowej jest używana do zapobiegania przenikania gazu od anody do katody. Patrz również opisy patentowe Stanów Zjednoczonych nr 4,826,741, nr 4,826,742, nr 5,503,944 i zgłoszenie patentowe PCT nr WO 94/15377.U.S. Patent No. 4,826,741 describes a fuel cell system using a porous graphite anode plate. Water is supplied to the porous plate and the anodic reaction gas is wetted by evaporation from the plate surface. The proton exchange membrane is wetted by contact with the moist, porous anode plate. A non-porous and gas-tight separator plate adjacent to the cathode plate is used to prevent gas from permeating from the anode to the cathode. See also U.S. Patent Nos. 4,826,741, No. 4,826,742, No. 5,503,944 and PCT Patent Application No. WO 94/15377.

Dwubiegunowe płyty separatora, służące do wykorzystania w ogniwach z membranami wymieniającymi protony, skonstruowane z grafitu lub związanego żywicą węgla grafitowego i zawierające kanały przepływu gazu są ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 4,175,165. Opisano również obróbkę dwubiegunowych płyt separatora przez pokrywanie powierzchni czynnikiem zwilżającym, takim jak koloidalny roztwór krzemionkowy, aby powierzchnie stały się hydrofilowe. W ten sposób, woda wytwarzana w ogniwie paliwowym jest odciągana od elektrod i pozostaje do dyspozycji. Jednakże pokrywanie powierzchni czynnikiem zwilżającym w sposób niepożądany zwiększa rezystancję elektryczną w poprzek płyty, powodując zmniejszenie przewodności. Opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 3,634,569 opisuje sposób wytwarzania płyt grafitowych o dużej gęstości z mieszaniny proszku grafitowego i żywicy termostatycznej w celu stosowania w kwasowych ogniwach paliwowych. Sposób wykorzystuje mieszaninę, (podaną w % wagowych) od 5% do 25% termoutwardzalnego lepiszcza z żywicy fenolowej i 75% do 95% sortowanego grafitu proszkowego. Grafitowo - żywiczne płyty dwubiegunowe są również przedstawione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych numer 4,339,322 (dwubiegunowa płyta zbudowana ze stopionego termoplastycznego fluoropolimeru, grafitu i włókien węglowych), patent Stanów Zjednoczonych numer 4,738,872 (płyta separatora zawierająca 50% wagowych grafitu i 50% wagowych termoutwardzalnej żywicy fenolowej), opis patentowy Stanów Zjednoczonych numer 5,108,849 (płyty wężowego przepływu w płycie separatora ogniwa paliwowego, zbudowane z nieporowatego grafitu lub innych proszków odpornego na korozję metalu i żywicy termoplastycznej, takiej jak polifluorek winylidenu, w proporcjach 10-30% wagowych żywicyBipolar separator plates for use in proton exchange membrane cells constructed of graphite or resin bonded graphite carbon and having gas flow channels are disclosed in US Patent No. 4,175,165. Also described is the treatment of bipolar separator plates by coating the surfaces with a wetting agent such as colloidal silica to make the surfaces hydrophilic. In this way, the water produced in the fuel cell is drawn from the electrodes and remains available. However, coating the surface with a wetting agent undesirably increases the electrical resistance across the plate, resulting in a reduction in conductivity. US Patent No. 3,634,569 describes a method of making high-density graphite plates from a mixture of graphite powder and a thermostatic resin for use in an acid fuel cell. The method uses a mixture (given in wt.%) Of 5% to 25% thermosetting phenolic resin tackifier and 75% to 95% powdered graphite graded. Graphite-resin bipolar plates are also shown in U.S. Patent No. 4,339,322 (bipolar plate constructed of molten thermoplastic fluoropolymer, graphite and carbon fibers), U.S. Patent No. 4,738,872 (separator plate containing 50% by weight of graphite and 50% by weight of thermosetting phenolic resin) ), U.S. Patent No. 5,108,849 (serpentine flow plates in a fuel cell separator plate, constructed of non-porous graphite or other corrosion-resistant metal powders and a thermoplastic resin such as polyvinylidene fluoride in the proportion of 10-30% by weight of resin

189 780 i 70-90% wagowych proszku grafitowego), opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,670,300 (płyta ogniwa paliwowego, zawierająca 29% do 80% grafitu z dopełnieniem włóknami celulozowymi lub włóknami celulozowymi i żywicą termoutwardzalną w równych proporcjach), opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,592,968 (płyta separatora zawierająca grafit, koks i karbonizowaną, termoutwardzalną żywicę fenolową, które są następnie grafitowane w 2650°C), opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,737,421 (płyta ogniwa paliwowego z węgla lub grafitu w zakresie od 5% do 45%, żywica termoutwardzalna w zakresie od 40% do 80%, z dopełnieniem włóknami celulozowymi), opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,627,944 (płyta ogniwa paliwowego z węgla lub grafitu, żywicy termoutwardzalnej i włókien celulozowych), opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,652,502 (płyta ogniwa paliwowego wykonana w 50% z grafitu i 50% z żywicy termoutwardzalnej), opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,301,222 (płyta separatora wykonana z mieszaniny od 40% do 65% grafitu i od 35% do 55% żywicy) i opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,360,485 (płyta separatora wykonana z mieszaniny od 45% do 65% grafitu i od 35% do 55% żywicy.189,780 and 70-90% by weight of graphite powder), U.S. Patent No. 4,670,300 (fuel cell plate containing 29% to 80% graphite with a complement of cellulose fibers or cellulose fibers and a thermosetting resin in equal proportions), U.S. Patent No. 4,592,968 (separator plate containing graphite, coke and carbonized thermosetting phenolic resin, which are then graphitized at 2650 ° C), U.S. Patent No. 4,737,421 (carbon or graphite fuel cell plate ranging from 5% to 45%, thermosetting resin ranging from 40% to 80%, padded with cellulose fibers), U.S. Patent No. 4,627,944 (carbon or graphite fuel cell plate, thermosetting resin and cellulose fibers), U.S. Patent No. 4,652,502 (fuel cell plate made in 50 % graphite and 50% thermosetting resin), U.S. Patent No. 4,301,222 (separating plate ator made of a mixture of 40% to 65% graphite and 35% to 55% resin) and U.S. Patent No. 4,360,485 (a separator plate made of a mixture of 45% to 65% graphite and 35% to 55% resin.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych nr 4,175,165 przedstawia użycie różnych czynników zwilżających, takich jak koloidalne roztwory krzemionki lub aluminium o bardzo dużym polu powierzchni lub związki aluminium i krzemionki, które są osadzane na powierzchni opisywanej płyty separatora. Jednakże aluminium i krzemionka, jak również inne czynniki zwilżające, są ogólnie izolatorami elektrycznymi. Zatem nałożenie czynnika zwilżającego na powierzchnię płyty separatora powoduje, że powierzchnia staje się hydrofilową, ale również zwiększa powierzchniową rezystancją stykową płyt, zwiększając w ten sposób wewnętrzną rezystancję ogniw, która, z kolei, zmniejsza moc ogniwa.US Patent No. 4,175,165 teaches the use of various wetting agents such as ultra-high surface area colloidal silica or aluminum solutions or aluminum silica compounds that are deposited on the surface of the described separator plate. However, aluminum and silica, as well as other wetting agents, are generally electrical insulators. Thus, the application of a wetting agent to the surface of the separator plate causes the surface to become hydrophilic, but also increases the surface contact resistance of the plates, thereby increasing the internal resistance of the cells which, in turn, reduces the power of the cell.

W opisie patentowym AT 389 020 przedstawiono ogniwo paliwowe wodorowo - tlenowe, zawierające membranę i płyty separatorów. W celu redukcji odwodnienia membrany ogniwa, sugeruje się albo wykonanie porowatych membran i płyt separatorów (mikropory 0,001 do 1 pm), albo dodanie mikroporowatego czynnika hydrofilowego, jak kaolin lub mikroazbest o rozmiarach od 0,001 do 1 pm. Pory są wypełnione wodą podczas stosowania, zaś siły włoskowatości są dostateczne, aby płyta separatora była nieprzenikliwa dla gazu.Patent description AT 389 020 describes a hydrogen-oxygen fuel cell comprising a membrane and separator plates. In order to reduce the dehydration of the cell membrane, it is suggested either to make porous membranes and separator plates (micropores 0.001 to 1 µm) or to add a microporous hydrophilic agent such as kaolin or micro asbestos with sizes from 0.001 to 1 µm. The pores are filled with water in use, and the capillary forces are sufficient to make the separator plate gas impermeable.

Dwubiegunowa płyta separatora stosowana w ogniwach paliwowych z membraną wymieniającą protony ma liczne cechy, które są istotne z punktu widzenia wytwarzania, jak również obsługi i które nie są rozwiązywane przez dotychczasowe opracowania. Obejmuje to przenikalność płyty dla wody w funkcji przewodności elektronicznej płyty, wytrzymałość płyty na złamanie, funkcjonalność płyty w stosunku do utrzymania możliwości absorbowania wody oraz możliwość poddawania płyty cyklom termicznym od zamrożenia do odtajania, jakie mogą wystąpić, na przykład, przy zastosowaniu ogniwa paliwowego w samochodzie. Dodatkowo, powinna istnieć możliwość wytwarzania płyty separatora z tanich materiałów wyjściowych, które mogą być łatwo uformowane w dowolną konfiguracje płyty, korzystnie przy użyciu jednoetapowego procesu odlewania, które są odporne na korozje w niskotemperaturowych ogniwach paliwowych i które nie wymagają dalszego przetwarzania, takiego jak wysokotemperaturowa obróbka i wykorzystują sposób produkcji, w którym może być kontrolowana wodochłonność i porowatość płyty.The bipolar separator plate used in fuel cells with a proton exchange membrane has numerous features which are important from a manufacturing point of view as well as handling and which are not solved by the prior art. This includes the plate's water permeability as a function of the plate's electronic conductivity, the plate's fracture strength, the plate's functionality in terms of maintaining its ability to absorb water, and the plate's ability to undergo freezing-to-defrost thermal cycles such as may occur when using a fuel cell in a car. . Additionally, it should be possible to manufacture a separator plate from low-cost starting materials that can be easily formed into any plate configuration, preferably using a one-step casting process, that resists corrosion in low temperature fuel cells and that does not require further processing such as high temperature machining. and use a production method in which the water absorption and porosity of the board can be controlled.

Według wynalazku, płyta separatora do stosu ogniw paliwowych z membraną wymieniającą protony, zawierającą co najmniej jeden materiał przewodzący elektronicznie, co najmniej jedną żywicę i co najmniej jeden czynnik hydrofilowy przyciągający wodę do płyty separatora stosu ogniw paliwowych z membraną wymieniającą protony, charakteryzuje się tym, że co najmniej jednym przewodzącym elektronicznie materiałem jest materiał zawierający węgiel i ten przewodzący elektronicznie materiał jest zawarty w ilości od około 50% do około 95% wagowych płyty separatora, co najmniej jedna żywica jest żywicą fenolową w ilości przynajmniej około 5% wagowych płyty separatora, a czynnik hydrofilowy stanowi krzemionka zawarta w ilości od 0,01% do 5% wagowych płyty separatora, i płyta separatora zawiera włókna węglowe w maksymalnej ilości wynoszącej do 45% wagowych płyty separatora, przy czym co najmniej jeden przewodzący elektronicznie materiał, co najmniej jedna żywica, co najmniej jeden czynnik hydrofilowy i włókna węglowe są rozmieszczone w zasadzie równomiernie.According to the invention, a separator plate for a proton exchange membrane fuel cell stack comprising at least one electronically conductive material, at least one resin and at least one hydrophilic agent attracting water to the separator plate of a proton exchange membrane fuel cell stack is characterized in that the at least one electronically conductive material is a carbon containing material and the electronically conductive material is present in an amount from about 50% to about 95% by weight of the separator plate, at least one resin is a phenolic resin in an amount of at least about 5% by weight of the separator plate, and hydrophilic is silica in an amount of from 0.01% to 5% by weight of the separator plate, and the separator plate comprises carbon fibers in a maximum amount of up to 45% by weight of the separator plate, at least one electronically conductive material, at least one resin, at least one hydrophilic agent and i the carbon fibers are substantially evenly distributed.

189 780189 780

Korzystnie, żywica w płycie separatora jest hydrofilowa. Czynnik hydrofilowy jest czynnikiem zwilżającym. Czynnik zwilżający zawiera mieszaninę krzemionki i tlenków metali wybranych z grupy obejmującej Ti, Al.Preferably, the resin in the separator plate is hydrophilic. The hydrophilic agent is a wetting agent. The wetting agent comprises a mixture of silica and metal oxides selected from the group consisting of Ti, Al.

Co najmniej jedna żywica jest wybrana z grupy obejmującej żywice termoutwardzalne, żywice termoplastyczne i ich mieszaniny.The at least one resin is selected from the group consisting of thermosetting resins, thermoplastic resins, and mixtures thereof.

Co najmniej jeden zawierający węgiel przewodzący elektronicznie materiał jest wybrany z grupy obejmującej grafit, sadzę, włókna węglowe i ich mieszaniny.The at least one carbon-containing electronically conductive material is selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon fibers, and mixtures thereof.

Korzystnie, płyta separatora jest porowata. Porowatość płyty separatora jest mniejsza niż 25% objętościowych płyty. Pory mają średnią średnicę w zakresie od 0,25 mikrona do 2,0 mikronów. Ciśnienie pęcherzykowe płyty jest większe niż 34,5 kPa.Preferably, the separator plate is porous. The separator plate porosity is less than 25% by volume of the plate. The pores have an average diameter ranging from 0.25 microns to 2.0 microns. The bubble pressure of the plate is greater than 34.5 kPa.

Właściwa przewodność elektryczna płyty separatora jest równa przynajmniej 5 S/cm.The specific electrical conductivity of the separator plate is at least 5 S / cm.

Płyta separatora korzystnie zawiera od 70% do 90% wagowych zawierającego węgiel przewodzącego elektronicznie materiału, od 8% do 15% wagowych termoutwardzalnej żywicy fenolowej, do 10% wagowych włókien węglowych i od 0,01% do 5,0% wagowych krzemionki.The separator plate preferably comprises 70% to 90% by weight of the carbon-containing electronically conductive material, 8% to 15% by weight of thermosetting phenolic resin, up to 10% by weight of carbon fibers, and 0.01% to 5.0% by weight of silica.

Między powierzchnią płyty separatora zwróconą w stronę anody a jej powierzchnią zwróconą w stronę katody są usytuowane elementy do cyrkulacji wodyBetween the surface of the separator plate facing the anode and its surface facing the cathode there are elements for circulation of water

Według wynalazku sposób wytwarzania płyty separatora dwubiegunowej do stosu ogniw paliwowych, polega na tym, że miesza się, co najmniej jeden przewodzący elektronicznie materiał, co najmniej jedną żywicę, co najmniej jeden czynnik hydrofilowy, dobrany do ogniwa paliwowego z membraną wymieniającą protony, a następnie kształtuje się płyty o wymaganym kształcie.According to the invention, the method of producing a bipolar separator plate for a fuel cell stack consists in mixing at least one electronically conductive material, at least one resin, at least one hydrophilic agent selected for the fuel cell with a proton exchange membrane, and then shaping plates of the required shape.

Sposób charakteryzuje się tym, że jako co najmniej jeden przewodzący elektronicznie materiał stosuje się materiał zawierający węgiel w ilości od 50% do 95% wagowych mieszaniny, jako co najmniej jedną żywicę stosuje się żywicę fenolową w ilości przynajmniej 5% wagowych mieszaniny, jako czynnik hydrofilowy stosuje się krzemionkę w ilości od 0,01 do 5% wagowych mieszaniny i dodaje się włókna węglowe w maksymalnej ilości wynoszącej do 45% wagowych i miesza się te składniki mieszaniny do uzyskania jednorodnej mieszaniny, a następnie kształtuje się płytę separatora o wymaganym kształcie w temperaturze od 121 °C do 260°C i pod ciśnieniem w zakresie od 3447 kPa do 27579 kPa.The method is characterized in that the at least one electronically conductive material is a carbon containing material in an amount of 50% to 95% by weight of the mixture, a phenolic resin in an amount of at least 5% by weight of the mixture is used as the at least one resin, and a hydrophilic agent is used as silica in an amount of 0.01 to 5% by weight of the mixture, and carbon fibers in a maximum amount of up to 45% by weight are added, and these components of the mixture are mixed until a homogeneous mixture is obtained, and then a separator plate is shaped at the temperature of 121 ° C to 260 ° C and pressures ranging from 3447 kPa to 27579 kPa.

Jako co najmniej jedną żywicę stosuje się żywicę hydrofilową.The at least one resin is a hydrophilic resin.

Jako czynnik hydrofilowy stosuje się czynnik zwilżający. Korzystnie, stosuje się czynnik hydrofilowy w postaci mieszaniny krzemionki i tlenku metalu wybranego z grupy obejmującej Ti, Al.A wetting agent is used as the hydrophilic agent. Preferably, a hydrophilic agent is used in the form of a mixture of silica and a metal oxide selected from the group consisting of Ti, Al.

Stosuje się żywicę fenolową wybraną z grupy obejmującej żywice termoutwardzalne, żywice termoplastyczne i ich mieszaniny.A phenolic resin is used selected from the group consisting of thermosetting resins, thermoplastic resins, and mixtures thereof.

Stosuje się materiał zawierający węgiel wybrany z grupy obejmującej grafit, sadzę, włókna węglowe i ich mieszaniny.A carbon-containing material selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon fibers, and mixtures thereof is used.

Według wynalazku, stos ogniw paliwowych, zawiera liczne indywidualne ogniwa paliwowe, z których każde zawiera anodę, katodę, membranę wymieniającą jony, umieszczoną między anodą i katodą i płytę separatora, posiadającą powierzchnię zwróconą w stronę anody i powierzchnię zwróconą w stronę katody, przy czym płyta separatora jest umieszczona między anodą jednego ogniwa paliwowego a katodą sąsiedniego ogniwa paliwowego i zawiera, co najmniej jeden materiał przewodzący elektronicznie, co najmniej jedną żywicę i co najmniej jeden czynnik hydrofilowy.According to the invention, the fuel cell stack comprises a plurality of individual fuel cells, each comprising an anode, a cathode, an ion exchange membrane disposed between the anode and cathode, and a separator plate having an anode-facing surface and a cathode-facing surface, the plate being The separator is located between the anode of one fuel cell and the cathode of an adjacent fuel cell, and comprises at least one electronically conductive material, at least one resin, and at least one hydrophilic agent.

Stos ogniw według wynalazku charakteryzuje się tym, że płyta separatora zawiera, rozłożone w niej równomiernie, co najmniej jeden przewodzący elektronicznie materiał zawierający węgiel w ilości w zakresie od 50% do 95% wagowych płyty separatora, co najmniej jedną żywicę fenolową w ilości przynajmniej 5% wagowych płyty separatora, czynnik hydrofilowy w postaci krzemionki w ilości od 0,01% do 5% wagowych płyty separatora, a także zawiera włókna węglowe w maksymalnej ilości do 45% wagowych płyty separatora, a każda z membran wymieniających jony i płyt separatora rozciąga się do brzegu stosu ogniw paliwowych, przy czym płyta separatora ma płaskie brzegowe struktury uszczelniające, wystające od każdej powierzchni płyty separatora do styku z membranami wymieniającymi jony wokół całego ichThe cell stack according to the invention is characterized in that the separator plate comprises, uniformly distributed therein, at least one electronically conductive carbon-containing material in an amount ranging from 50% to 95% by weight of the separator plate, at least one phenolic resin in an amount of at least 5% of the separator plate, a silica hydrophilic agent in an amount of 0.01% to 5% by weight of the separator plate, and contains carbon fibers up to 45% by weight of the separator plate, and each of the ion exchange membranes and separator plates extends up to the edge of the fuel cell stack, the separator plate having flat peripheral sealing structures protruding from each surface of the separator plate into contact with the ion exchange membranes around their entirety

189 780 brzegu i tworzące brzegowe uszczelnienie, a membrana wymieniająca jony i płyta separatora posiada liczne otwory dystrybucy’ne paliwa i utleniacza, usytuowane jeden naprzeciw drugiego, przy czym otwory dystrybucyjne płyt separatorów są otoczone płaskimi strukturami uszczelniającymi wystającymi się od powierzchni płyty separatora do styku z membraną wymieniającą jony i tworzącymi kanały dystrybucyjne paliwa gazowego i utleniacza, rozciągające się przez stos ogniw, a w płaskich strukturach uszczelniających są ukształtowane przewody przepływowe przepływu paliwa gazowego między jednym zestawem kanałów dystrybucyjnych a komorami anodowymi, utworzonymi między anodami i zwróconymi w stronę anod powierzchniami płyt separatorów, i są ukształtowane przewody przepływowe gazu utleniacza między drugim zestawem kanałów dystrybucyjnych a komorami katodowymi, utworzonymi między katodami a zwróconymi w stronę katod powierzchniami płyt separatorów.189 780 and forming an edge seal, and the ion exchange membrane and the separator plate have a plurality of fuel and oxidant distribution openings opposite each other, the separator plate distribution openings being surrounded by flat sealing structures extending from the surface of the separator plate into contact with each other. an ion exchange membrane and forming distribution channels for gaseous fuel and oxidant, extending through the stack of cells, and in flat sealing structures there are gas fuel flow conduits formed between one set of distribution channels and anode chambers formed between the anodes and the surfaces of the separator plates facing the anodes, and oxidant gas flow conduits are formed between the second set of distribution channels and the cathode chambers formed between the cathodes and the cathode-facing surfaces of the separator plates.

Płyta separatora zawiera przynajmniej jedną żywicę hydrofilową.The separator plate comprises at least one hydrophilic resin.

Czynnik hydrofilowy płyty separatora jest zwilżający. Zwilżający czynnik hydrofilowy płyty separatora zawiera mieszaninę krzemionki i tlenków metali wybranych z grupy obejmującej Ti, Al.The separator plate's hydrophilic factor is wetting. The separator plate hydrophilic wetting agent comprises a mixture of silica and metal oxides selected from the group consisting of Ti, Al.

Żywica fenolowa płyty separatora jest wybrana z żywicy termoutwardzalnej, żywicy termoplastycznej i ich mieszanin.The phenolic resin of the separator plate is selected from thermosetting resin, thermoplastic resin, and mixtures thereof.

Przynajmniej jeden zawierający węgiel materiał przewodzący elektronicznie płyty separatora jest wybrany z grupy obejmującej grafit, sadzę, włókna węglowe i ich mieszaniny.The at least one carbon-containing electronically conducting material of the separator plate is selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon fibers, and mixtures thereof.

Płyta separatora zawiera pory. Porowatość płyty separatora jest mniejsza niż 25% objętościowych płyty. Pory płyty separatora mają średnią średnicę w zakresie od 0,25 mikrona do 2,0 mikronów. Płyta separatora ma ciśnienie pęcherzykowe większe niż 34,5 kPa.The separator plate contains pores. The separator plate porosity is less than 25% by volume of the plate. The pores of the separator plate have an average diameter ranging from 0.25 microns to 2.0 microns. The separator plate has a bubble pressure greater than 34.5 kPa.

Płyta separatora ma właściwą przewodność elektryczną równą przynajmniej 5 S/cm.The separator plate has a specific electrical conductivity of at least 5 S / cm.

Przewody przepływowe przepływu gazu są ukształtowane w centralnym obszarze płyty separatora.The gas flow lines are formed in a central area of the separator plate.

Stos ogniw paliwowych zawiera otwory dystrybucyjne wody do cyrkulacji i usuwania wody ze stosu ogniwa paliwowego.The fuel cell stack includes water distribution holes for circulation and removal of water from the fuel cell stack.

Niniejszy wynalazek zapewnia dwubiegunową płytę separatora odpowiednią do zastosowania w ogniwie paliwowym z membraną wymieniającą protony, która jest stosunkowo tania w produkcji, a przy tym ma ulepszone właściwości usuwania wody i wewnętrznego zwilżania ogniwa paliwowego z membraną wymieniającą protony. Płyta separatora dla ogniwa paliwowego z membraną wymieniającą protony, według wynalazku ma korzystną wytrzymałość na zgniatanie większą niż około 1380 kPa.The present invention provides a bipolar separator plate suitable for use in a proton exchange membrane fuel cell, which is relatively inexpensive to produce, yet has improved water removal and internal wetting properties for a proton exchange membrane fuel cell. The separator plate for a proton exchange membrane fuel cell of the invention has an advantageous crush strength greater than about 1380 kPa.

Dwubiegunowej płyty separatora według wynalazku jest odpowiednia do stosowania w stosie ogniw paliwowych z całkowicie wewnętrznie rozprowadzanym paliwem.The bipolar separator plate of the invention is suitable for use in a fully internally distributed fuel cell stack.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1a przedstawia widok z boku stosu ogniw paliwowych PEM z .jednoczęściowymi płytami separatorów według jednego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 1b - widok z boku stosu ogniw paliwowych PEM z dwuczęściowymi płytami separatorów według drugiego przykładu wykonania niniejszego wynalazku; fig. 2 - wykres zależności przewodności płyty separatora od udziału procentowego krzemionki jako czynnika zwilżającego w płycie separatora; fig. 3 - wykres zależności ilości wody zaabsorbowanej przez płytę separatora od udziału procentowego krzemionki w płycie separatora, zaś fig. 4 - schemat stosu ogniw paliwowych z wewnętrzną dystrybucją paliwa.The invention is illustrated in the drawing in which Fig. 1a shows a side view of a PEM fuel cell stack with one-piece separator plates according to one embodiment of the present invention; Fig. 1b is a side view of a PEM fuel cell stack with two-piece separator plates according to a second embodiment of the present invention; Fig. 2 is a diagram showing the conductivity of the separator plate versus the percentage of silica as wetting agent in the separator plate; Fig. 3 is a diagram of the dependence of the amount of water absorbed by the separator plate on the percentage of silica in the separator plate, and Fig. 4 is a diagram of a fuel cell stack with internal fuel distribution.

Na fig. 1a i 1b ukazano stos ogniw paliwowych 15, posiadający liczne ogniwa paliwowe 20, przy czym każde ogniwo paliwowe zawiera membranę wymiany protonów 25, anodę 30 po jednej stronie i katodę 35 po drugiej stronie. Między anodą 30 a membraną wymiany protonów 26 znajduje się warstwa katalizatora anodowego 31, zaś między katodą 35 a membraną wymiany protonów 25 jest warstwa odpowiedniego katalizatora katodowego 36. Anodę 30 jednego ogniwa od katody 35 sąsiedniego ogniwa oddziela dwubiegunowa płyta separatora 39.Figures 1a and 1b show a fuel cell stack 15 having a plurality of fuel cells 20, each fuel cell including a proton exchange membrane 25, an anode 30 on one side, and a cathode 35 on the other side. Between the anode 30 and the proton exchange membrane 26 there is a layer of anode catalyst 31, and between the cathode 35 and the proton exchange membrane 25 is a layer of the corresponding cathode catalyst 36. The anode 30 of one cell is separated from the cathode 35 of an adjacent cell by a bipolar separator plate 39.

Według pierwszego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, jak pokazano na fig. 1a, płyta separatora 39 według niniejszego wynalazku jest jednoczęściowa i ma powierzchnię 40According to the first embodiment of the present invention, as shown in Fig. 1a, the separator plate 39 of the present invention is in one piece and has a surface of 40.

189 780 zwróconą w stronę katody 35 i powierzchnię 45 zwróconą w stronę anody 30. Na powierzchni 40 zwróconej w stronę katody 35 są ukształtowane liczne kanały katodowe 41 przepływu gazu utleniającego, rozciągające się w niej tak, że umożliwiają kontakt między utleniaczem w kanałach katodowych 41 a katodą 35. Podobnie, w powierzchni 45 zwróconej w stronę anody 30 są odpowiednie kanały anodowe 46 przepływu gazu paliwowego, utworzone w niej tak, że umożliwiają kontakt między gazem paliwowym a anodą 30.189 780 facing the cathode 35 and the surface 45 facing the anode 30. A plurality of cathode channels 41 for the flow of oxidizing gas are formed on the surface 40 facing the cathode 35, extending therein to allow contact between the oxidant in the cathode channels 41 and cathode 35. Likewise, in surface 45 facing the anode 30 are respective fuel gas flow anode channels 46 formed therein to allow contact between the fuel gas and the anode 30.

Według innego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, jak widać na fig. 1b, płyta separatora 39 jest skonstruowana z dwóch płyt: płyty katodowej 39a od strony katody i płyty anodowej 39b, od strony anody. W celu zapewnienia wodnego chłodzenia stosu, powierzchnie płyty katodowej 39a od strony katody 35 i płyty anodowej 39b od strony anody 30 mają ukształtowane liczne kanały pośrednie 34 do przepływu wody chłodzącej.According to another embodiment of the present invention, as shown in Fig. 1b, the separator plate 39 is constructed of two plates: a cathode side cathode plate 39a and an anode side anode plate 39b. In order to provide water cooling of the stack, the surfaces of the cathode plate 39a on the cathode side 35 and the anode plate 39b on the anode side 30 are provided with a plurality of intermediate channels 34 for cooling water flow.

Stos ogniw paliwowych zawiera również katodową płytę krańcową 50 separatora i anodową płytę krańcową 60 separatora. Płyty krańcowe katodowa 50 i anodowa 60 są nieprzepuszczalne dla wody łub są w inny sposób uszczelnione, aby zapobiec przeciekom. Odpowiednie mechanizmy naciągowe i uszczelnienia (nie pokazane) są zastosowane w celu połączenia elementów stosu jednego z drugim.The fuel cell stack also includes a cathode end plate 50 of the separator and an anode end plate 60 of the separator. The cathode 50 and anode 60 end plates are impervious to water or are otherwise sealed to prevent leakage. Suitable tensioning mechanisms and seals (not shown) are provided to connect the stack members to one another.

Z tego powodu, płyta separatora według niniejszego wynalazku musi być dostatecznie mocna, aby nie uległa zgnieceniu pod działaniem sił przykładanych do niej podczas montażu stosu ogniw paliwowych. Wytrzymałość na zgniatanie płyty separatora musi być większa niż 1380 kPa. Płyta separatora wytworzona według przykładu V ma wytrzymałość na zgniatanie większą niż 14490 kPa. Oprócz wytrzymałości na zgniatanie, płyta separatora według niniejszego wynalazku musi mieć pewien stopień elastyczności, aby mogła dopasować się do innych składników zestawu ogniw paliwowych.. Według szczególnie korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, płyta separatora ma minimalną elastyczność równą 3,5% lub około 0,036 cm na centymetr długości bez złamania.For this reason, the separator plate of the present invention must be strong enough that it does not collapse under the action of the forces applied to it during assembly of the fuel cell stack. The separator plate crushing strength must be greater than 1380 kPa. The separator plate produced according to Example 5 has a crush strength greater than 14,490 kPa. In addition to the crush strength, the separator plate of the present invention must have some degree of flexibility to conform to other components of the fuel cell assembly. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the separator plate has a minimum flexibility of 3.5% or about 0.036 cm. per centimeter long without breaking.

Zawarta w stosie ogniwa paliwowego dwubiegunowa płyta separatora 39, nieprzepuszczającą gazu do ogniwa paliwowego, według niniejszego wynalazku z dołączoną membraną wymieniającą protony 25 ma korpus zawierający przynajmniej jeden materiał przewodzący elektronicznie, przynajmniej jedną żywicę i przynajmniej jeden czynnik hydrofilowy, przy czym materiał przewodzący elektronicznie, żywica i czynnik hydrofilowy są w zasadzie równomiernie rozmieszczone w korpusie płyty separatora 39. Płyta separatora 39 według niniejszego wynalazku eliminuje potrzebę zewnętrznego zwilżania ogniw paliwowych z membraną wymieniającą protony 25 i ułatwia regulowanie ciepła i usuwanie wody powstającej w układzie ogniw paliwowych. Korzystny skład dwubiegunowej płyty separatora 39 według niniejszego wynalazku zawiera mieszaninę grafitu i żywicy, która, przy wytłaczaniu w przeciętnych warunkach ciśnienia i temperatury, daje przewodzącą, lekką płytę dwubiegunową, odpowiednią do stosowania w niskotemperaturowych układach elektrochemicznych, takich jak ogniwa paliwowe z membraną wymieniającą protony.The fuel cell gas-impermeable bipolar separator plate 39 in the fuel cell stack according to the present invention with an attached proton exchange membrane 25 has a body containing at least one electronically conductive material, at least one resin, and at least one hydrophilic agent, the electronically conductive material, a resin. and the hydrophilic agent are substantially uniformly distributed in the body of the separator plate 39. The separator plate 39 of the present invention eliminates the need for external wetting of the fuel cells with the proton exchange membrane 25 and facilitates the regulation of heat and removal of water formed in the fuel cell system. The preferred composition of the bipolar separator plate 39 of the present invention comprises a mixture of graphite and resin which, when extruded under average pressure and temperature conditions, produces a conductive, lightweight bipolar plate suitable for use in low temperature electrochemical systems such as proton exchange membrane fuel cells.

Płyta separatora 39 korzystnie zawiera tunele dla przepływu płynów reakcyjnych dla danego układu elektrochemicznego. Płyta separatora 39 może być wytwarzana z różną przewodnością odpowiednio do danego układu elektrochemicznego. Płyta separatora 39 może być wytwarzana z różną porowatością dla odpowiedniego gospodarowania wodą w danym układzie elektrochemicznym. Ponadto, płyta separatora 39 może być wytwarzana z różną hydrofilowością w celu odpowiedniego gospodarowania ciepłem i wodą w danym układzie elektrochemicznym.The separator plate 39 preferably includes tunnels for the flow of reaction fluids for a given electrochemical system. The separator plate 39 can be manufactured with a different conductivity according to a given electrochemical system. The separator plate 39 can be manufactured with a variety of porosities to properly manage the water in a given electrochemical system. In addition, the separator plate 39 can be manufactured with different hydrophilicity to suitably manage heat and water in a given electrochemical system.

Według wynalazku, dwubiegunowa płyta separatora 39 zawiera przynajmniej jeden przewodzący elektronicznie materiał w ilości od 50% do 95% wagowych płyty, przynajmniej jedną żywicę w ilości przynajmniej 5% wagowych płyty i przynajmniej jeden czynnik hydrofilowy. Płyta separatora 9 zawiera także włókna węglowe, które sąjednorodnie rozmieszczone w płycie w ilości do około 20% wagowych płyty, ale najbardziej korzystnie mniej niż 10% wagowych płyty separatora. Chociaż włókna węglowe są drogie, ich użycie zapewnia odpowiednią porowatość i konstrukcyjne wzmocnienie bez pogarszania przewodności w takim stopniu, jak przy użyciu odpowiedniej ilości czynnika zwilżającego.According to the invention, the bipolar separator plate 39 comprises at least one electronically conductive material in an amount from 50% to 95% by weight of the plate, at least one resin in an amount of at least 5% by weight of the plate, and at least one hydrophilic agent. Separator plate 9 also includes carbon fibers that are uniformly distributed throughout the plate in an amount up to about 20% by weight of the plate, but most preferably less than 10% by weight of the separator plate. Although carbon fibers are expensive, their use provides adequate porosity and structural reinforcement without degrading conductivity as much as using an adequate amount of wetting agent.

189 780189 780

Płytę separatora 39 według szczególnie korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku wytwarza się z mieszaniny od około 50 do 95% wagowych materiału grafitowego, zwłaszcza grafitu, od około 5 do około 30% wagowych żywicy termoutwardzalnej, od 0 do około 45% wagowych włókien węglowych, od 0 do około 25 procent wagowych krzemionki. Mieszaninę tę następnie wytłacza się w podwyższonej temperaturze w zakresie od około od około 121°C do około 260 C i pod ciśnieniem w zakresie od około 3447 kPa do około 27579 kPa. Przewodność wytłoczonej w ten sposób płyty separatora 39 jest równa przynajmniej około 5 S/cm, co reprezentuje nominalnie minimalną przewodność wymaganą przy stosowaniu w ogniwie paliwowym z membraną wymieniającą protony. Porowatość wytłoczonego materiału wynosi około 25% objętości. Ciśnienie pęcherzykowe wytłoczonego materiału, które rośnie z obniżaniem objętości pustek w płycie separatora 39, jest równe przynajmniej około 34,5 kPa.The separator plate 39 according to a particularly preferred embodiment of the present invention is made of a mixture of about 50 to 95 wt% graphite material, especially graphite, about 5 to about 30 wt% thermosetting resin, 0 to about 45 wt% carbon fibers, 0 up to about 25 weight percent silica. The mixture is then extruded at an elevated temperature ranging from about 121 ° C to about 260 ° C and a pressure ranging from about 3447 kPa to about 27579 kPa. The conductivity of the thus extruded separator plate 39 is at least about 5 S / cm, which represents nominally the minimum conductivity required for use in a proton exchange membrane fuel cell. The porosity of the extruded material is approximately 25% by volume. The bubble pressure of the extrudate, which increases as the volume of the voids in the separator plate 39 decreases, is at least about 34.5 kPa.

Ogniwo paliwowe 15 z membraną wymieniającą protony 25 ze stałego elektrolitu polimerowego, działa najlepiej, kiedy taka membrana wymieniającą protony 25 jest utrzymywana w stanie zwilżonym wodą. Podczas pracy ogniwa paliwowego 15 z membraną wymieniającą protony 25, woda jest przeciągana przez membranę wymieniającą protony 25 od strony anodowej do strony katodowej z protonami przemieszczającymi się przez membranę wymieniającą protony 25. Zjawisko to powoduje wysuszenie strony anodowej membrany wymieniającej protony 25, wytwarzając jednocześnie krople wody na powierzchni membrany wymieniającej protony 25 zwróconej w stronę katody 35. Powierzchnia 36 zwrócona w stronę katody 35 jest dalej zwilżana przez wodę wytwarzaną w reakcji elektrochemicznej, która pojawia się na powierzchni 36 zwróconej w stronę katody 35. Jeśli nie jest odpowiednio zagospodarowana, woda na powierzchni 36 zwróconej w stronę katody 35, szczególnie w postaci kropel, może zatkać kanały utleniacza, w ten sposób blokując dostęp gazu utleniającego do katalizatora i redukując reakcję elektrochemiczną.Fuel cell 15 with proton exchange membrane 25 made of solid polymer electrolyte works best when such proton exchange membrane 25 is kept wetted with water. When the fuel cell 15 is operated with the proton exchange membrane 25, water is pulled through the proton exchange membrane 25 from the anode side to the cathode side with protons moving through the proton exchange membrane 25. This phenomenon causes the anode side of the proton exchange membrane 25 to dry out while producing water droplets. on the surface of the proton exchange membrane 25 facing the cathode 35. The surface 36 facing the cathode 35 is further wetted by the water generated by the electrochemical reaction which appears on the surface 36 facing the cathode 35. If not properly managed, the water on the surface 36 facing the cathode 35, particularly in the form of droplets, can clog the oxidant channels, thereby blocking access of the oxidizing gas to the catalyst and reducing the electrochemical reaction.

Odpowiednio, istotne jest, aby woda była dostarczana na stronę anodową membrany wymieniającej protony 25 w ogniwie paliwowym 15, w celu niedopuszczenia do wysuszenia jej oraz, aby woda była ciągle usuwana ze strony katodowej, aby nie dopuścić do formowania się kropel wody na powierzchni membrany. Płyta separatora 15 według niniejszego wynalazku ma dostateczną wodochłonność nie tylko zapobiegając gromadzeniu się wody na stronie katodowej, ale również wspierając dystrybucję wody przez nią. W wyniku obecności wody w płycie separatora 39, możliwość mieszania się gazów reakcyjnych w płycie separatora 39 jest znacznie zredukowana. Odpowiednio, dwubiegunowa płyta separatora 39 według niniejszego wynalazku zawiera przynajmniej jeden czynnik hydrofilowy, w zasadzie jednorodnie rozmieszczony w płycie, odpowiedni do stosowania w ogniwie paliwowym z membraną wymieniającą protony, w celu przyciągania wody do płyty separatora 39.Accordingly, it is essential that water is supplied to the anode side of the proton exchanging membrane 25 in fuel cell 15 to prevent it from drying out and that water is continuously removed from the cathode side to prevent water droplets from forming on the membrane surface. The separator plate 15 of the present invention is sufficiently water-absorbent not only to prevent water from accumulating on the cathode side, but also to support water distribution therethrough. Due to the presence of water in the separator plate 39, the possibility of mixing the reaction gases in the separator plate 39 is greatly reduced. Accordingly, the bipolar separator plate 39 of the present invention includes at least one hydrophilic agent substantially uniformly distributed throughout the plate, suitable for use in a proton exchange membrane fuel cell to attract water to the separator plate 39.

Według jednego korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, przynajmniej jedna żywica w płycie separatora jest hydrofitową. Według szczególnie korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, żywicą hydrofitową jest termoutwardzalna żywica fenolowo - formaldehydowa.According to one preferred embodiment of the present invention, the at least one resin in the separator plate is wetland. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the hydrophyte resin is a thermosetting phenol-formaldehyde resin.

Według innego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, przynajmniej jeden czynnik hydrofilowy jest czynnikiem zwilżającym, korzystnie wybranym z grupy złożonej z tlenków Ti, Al, Si i ich mieszanin. W wyniku rozprowadzenia czynnika hydrofitowego w płycie separatora, płyta separatora według niniejszego wynalazku ma dostateczną przepuszczalność dla wody, aby usuwać przynajmniej 5,5 cm3 wody na minutę przy gęstości prądu 1,1 A/cm2 przy różnicy ciśnień mniejszej niż około 69 kPa.According to another embodiment of the present invention, the at least one hydrophilic agent is a wetting agent, preferably selected from the group consisting of Ti, Al, Si oxides and mixtures thereof. As a result of the distribution of the hydrophilic medium in the separator plate, the separator plate of the present invention has sufficient water permeability to remove at least 5.5 cm 3 of water per minute at a current density of 1.1 A / cm 2 at a pressure difference of less than about 69 kPa.

Jednym z zastosowań ogniwa paliwowego z membraną wymieniającą protony jest wytwarzanie energii w samochodach. W tym zastosowaniu ogniwo paliwowe jest narażone na duże wahania temperatury i może podlegać licznym cyklom zamrażania/odtajania podczas eksploatacji. Można oczekiwać, że utrzymywanie wody wewnątrz płyty separatora w wyniku absorpcji wody przez płytę w wyniku rozmieszczenia czynnika hydrofitowego w płycie spowoduje pękanie płyty po zmianie temperatury od zamrożenia do odtajania.One application of a proton exchange membrane fuel cell is to generate energy in cars. In this application, the fuel cell is exposed to large variations in temperature and may undergo numerous freeze / thaw cycles during operation. It can be expected that the holding of water inside the separator plate due to the absorption of water by the plate due to the distribution of the water-repellent agent in the plate will cause the plate to crack upon changing the temperature from freeze to thaw.

189 780189 780

Nieoczekiwanie, dwubiegunowa płyta separatora według niniejszego wynalazku, przy absorpcji wody równej 18% wagowych, nie wykazywała pękania po przejściu 12 cykli mrożenia/odtajania.Surprisingly, the bipolar separator plate of the present invention, with a water absorption of 18 wt%, showed no cracking after undergoing 12 freeze / thaw cycles.

Płyta separatora 39 według niniejszego wynalazku wykorzystuje czynnik zwilżający, który jest jednorodnie rozmieszczony w płycie separatora, a przy tym może utrzymywać dostateczną przewodność elektroniczną. Według korzystnego przykładu wykonania, czynnik zwilżający jest dodawany jako drobny proszek do mieszaniny materiału przewodzącego elektronicznie i żywicy i jest dokładnie wymieszany z nimi, uzyskując jednorodne rozmieszczenie czynnika zwilżającego. Jednakże, może być również dodany jako rozmieszany roztwór, który, po dokładnym wymieszaniu z materiałem przewodzącym elektronicznie i żywicą, daje równie jednorodnie wymieszany materiał do wytłaczania. Czynnik zwilżający wspiera formowanie porów w wytłoczonym materiale, przez co nie pozwala, aby żywica i inne składniki tworzyły fazę ciągłą. Powinowactwo tych czynników zwilżających z wodą redukuje napięcie powierzchniowe między wodą a wytłoczonym produktem. W efekcie, woda w kontakcie z wytłoczoną płytą tworzy rączej błonkę na powierzchni wytłoczonej płyty niż krople. Ponieważ wytłoczona płyta może zawierać pory, zostaną one łatwiej wypełnione wodą w wyniku hydrofilowej natury płyty. Jeśli zostanie przyłożone dostateczne ciśnienie różnicowe w poprzek płyty, woda może być przenoszona z jednej powierzchni płyty do drugiej powierzchni płyty. Innym wynikiem, uzyskanym przez płytę separatora według niniejszego wynalazku jest stabilność płyty. Stwierdziliśmy, że płyta według niniejszego wynalazku utrzymuje 99% swojego pierwotnego ciężaru po ponad 1200 godzinach w wodzie o temperaturze 90°C. W tym czasie absorpcja wody w płycie również pozostawała stała, równa 18 procent wagowych.The separator plate 39 according to the present invention uses a wetting agent that is uniformly distributed in the separator plate and can still maintain sufficient electronic conductivity. According to a preferred embodiment, the wetting agent is added as a fine powder to the mixture of the electronically conductive material and the resin and is intimately mixed with them, obtaining a homogeneous distribution of the wetting agent. However, it can also be added as a mixed solution which, when thoroughly mixed with the electronically conductive material and resin, produces an extrudate material that is also uniformly mixed. The wetting agent promotes the formation of pores in the extruded material, thereby preventing the resin and other components from forming a continuous phase. The affinity of these wetting agents for water reduces the surface tension between the water and the extruded product. As a result, water in contact with the embossed plate forms a glutinous film on the surface of the embossed plate rather than drops. Since the embossed board may contain pores, they will be more easily filled with water due to the hydrophilic nature of the board. If sufficient differential pressure is applied across the plate, water can be transferred from one face of the plate to the other face of the plate. Another result obtained by a separator plate according to the present invention is the stability of the plate. We have found that the panel of the present invention retains 99% of its original weight after more than 1200 hours in water at 90 ° C. During this time, the water absorption in the slab also remained constant at 18 weight percent.

Przewodność płyty separatora według niniejszego wynalazku jako funkcja zawartości krzemionki, jest pokazana na fig. 2, przy czym wykonano kilka płyt z różną zawartością krzemionki, równo rozmieszczonej w płytach. Płyty separatorów, z których uzyskano te dane, zawierają termoutwardzalną żywicę w ilości około 12,5% wagowych płyty separatora, krzemionkę w ilości między 0% a 10% wagowych płyty separatora i grafit w ilości od 77,5% do 87,5% wagowych płyty separatora.The conductivity of the separator plate according to the present invention as a function of the silica content is shown in Fig. 2 where several plates were made with different silica content evenly distributed in the plates. The separator plates from which this data is obtained contain a thermosetting resin in an amount of about 12.5% by weight of the separator plate, silica in an amount between 0% and 10% by weight of the separator plate, and graphite in an amount between 77.5% and 87.5% by weight separator plates.

Płyty separatora 39 odpowiednie do używania w ogniwach paliwowych z membraną wymieniającą protony powinny mieć przewodność elektryczną nie mniejsza niż około 5 S/cm, a korzystnie nie mniejszą niż około 75 S/cm. Płyty separatorów 39 według niniejszego wynalazku mogą być porowate lub nieporowate, ale w każdym przypadku muszą być nieprzenikliwe dla gazu. Według szczególnie korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, płyty są porowate, posiadają porowatość mniejszą niż około 25% objętości. Średnice porów płyty separatora 39 według niniejszego wynalazku są korzystnie w zakresie od około 0,25 mikronów do około 2 mikronów; przy czym przeciętna średnica porów korzystnie jest w zakresie od około 0,5 mikrona do około 1,5 mikrona.Separator plates 39 suitable for use in proton exchange membrane fuel cells should have an electrical conductivity of not less than about 5 S / cm, and preferably not less than about 75 S / cm. The separator plates 39 of the present invention may be porous or non-porous, but must in any case be gas impermeable. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the plates are porous, have a porosity of less than about 25% by volume. The pore diameters of the separator plate 39 of the present invention are preferably in the range from about 0.25 microns to about 2 microns; wherein the average pore diameter preferably ranges from about 0.5 micron to about 1.5 micron.

Oprócz czynnika hydrofilowego, płyta separatora według niniejszego wynalazku zawiera przynajmniej jeden materiał przewodzący elektronicznie i przynajmniej jedną żywicę, przy czym materiał przewodzący elektronicznie jest obecny w ilościach od około 50% do około 95% wagowych płyty separatora 39, zaś przynajmniej jedna żywica jest obecna w ilościach przynajmniej 5% wagowych płyty separatora. Odpowiednie przewodzące elektronicznie materiały do stosowania w płycie separatora według niniejszego wynalazku są wybrane z grupy, obejmującej materiały zawierające węgiel, metale, stopy metali, węgliki metali, azotki metali i ich mieszaniny. Odpowiednimi metalami są tytan, niob, tantal i takie stopy, jak stopy z grupy Ni-Mo-Fe.In addition to the hydrophilic agent, the separator plate of the present invention comprises at least one electronically conductive material and at least one resin, wherein the electronically conductive material is present in amounts of from about 50% to about 95% by weight of the separator plate 39, and at least one resin is present in amounts. at least 5% by weight of the separator plate. Suitable electronically conductive materials for use in the separator plate of the present invention are selected from the group consisting of carbon-containing materials, metals, metal alloys, metal carbides, metal nitrides, and mixtures thereof. Suitable metals are titanium, niobium, tantalum, and alloys such as those of the Ni-Mo-Fe group.

Według szczególnie korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, materiałem przewodzącym elektronicznie jest materiał zawierający węgiel, wybrany z grupy obejmującej grafit, sadzę, włókna węglowe i ich mieszaniny. Grafit lub różne dostępne, przewodzące elektrycznie związki węgla, takie jak przewodzące elektryczność sadze, są szczególnie korzystne. Zastosowanie materiałów opartych na węglu redukuje koszty związane z wytwarzaniem, jak również upraszcza wytwarzanie środków kontroli przepływu gazu, takich jak kanały w płytach i wytłaczanie płyt.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the electronically conductive material is a carbon containing material selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon fibers, and mixtures thereof. Graphite or various electrically conductive carbon compounds available, such as electrically conductive carbon black, are particularly preferred. The use of carbon-based materials reduces manufacturing costs as well as simplifying the fabrication of gas flow control means such as plate channels and plate extrusion.

189 780189 780

Według korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, płyta separatora 39 zawiera do około 10% wagowych włókien węglowych. Dodanie włókien węglowych nie tylko wzmacnia płytę, ale również wspiera absorpcję wody i przewodność płyty.According to a preferred embodiment of the present invention, the separator plate 39 comprises up to about 10% by weight of carbon fibers. The addition of carbon fibers not only strengthens the board, but also supports the water absorption and conductivity of the board.

Płyta separatora według niniejszego wynalazku zawiera również więcej niż około 5% żywicy. Żywica działa jako lepiszcze dla wtłoczonej płyty separatora 39 i, jak już powiedziano, może również zwiększać wodochłonność płyty. Odpowiednimi żywicami są żywice termoutwardzalne, żywice termoplastyczne i ich mieszaniny. Odpowiednimi żywicami termoplastycznymi do stosowania w płycie separatora 39 według niniejszego wynalazku są polifluorki winylidenu, poliwęglany, nylony, policzterofluoroetyleny, poliuretany, poliestry, polipropyleny i HDPE. Korzystne żywice termoutwardzalne są wybrane z grupy obejmującej żywice fenolowe, aldehydy, żywice epoksydowe i winylowe.The separator plate of the present invention also contains greater than about 5% resin. The resin acts as a binder for the pressed-in separator plate 39 and, as already mentioned, can also increase the water absorption of the plate. Suitable resins are thermosetting resins, thermoplastic resins, and mixtures thereof. Suitable thermoplastic resins for use in the separator plate 39 of the present invention are polyvinylidene fluorides, polycarbonates, nylons, polytetrafluoroethylenes, polyurethanes, polyesters, polypropylenes and HDPE. Preferred thermosetting resins are selected from the group consisting of phenolic resins, aldehydes, epoxy and vinyl resins.

Poniższe przykłady pokazuj ą zależność między różnymi składami płyty separatora według niniejszego wynalazku a właściwościami uzyskanej płyty separatora. W każdym przypadku, porowate płyty separatora o wymiarach 10,2 na 10,2 cm zostały wytłoczone z różnych mieszanin żywicy fenolowej Varcum 29338, mającej rozmiary cząsteczek mniejsze niż 200 jednostek sitowych, otrzymanej z Occidental Chemical Corporation z Dallas w stanie Texas, cząsteczek krzemionki o rozmiarach 40 nanometrów, włókien węglowych, mających długość około 150 mikronów i proszku grafitowego, mającego rozmiary cząsteczek mniejsze niż 200 jednostek sitowych. Proszki zostały staranie wymieszane i wytłoczono z nich płytę przy ciśnieniu 6900 kPa w temperaturze 204°C. Przykłady od I do IV pokazują wpływ krzemionki na przewodnictwo i wodochłonność płyt separatora w temperaturze pokojowej, Przewodność i wodochłonność jako funkcja zawartości krzemionki są również pokazane na fig. 2 i 3 odpowiednio. Przykład V pokazuje właściwości płyty separatora 39 według jednego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, zawierającej 10 procent wagowych grafitu, zastąpione przez włókna węglowe. W oparciu o wyniki przykładów od I do IV, można zauważyć, że kiedy krzemionka jest dodawana do mieszaniny, wodochłonność płyt, wskazywana przez ilość zaabsorbowanej wody, rośnie, podczas gdy przewodność elektryczna płyty maleje. Jednakże przez użycie 10 procent wagowych włókien węglowych zamiast materiału grafitowego przewodzącego elektronicznie wykorzystywanego w mieszaninie, rośnie porowatość płyty, zmniejsza się ilość czynnika zwilżającego (krzemionki) potrzebna do uzyskania znacznej absorpcji wody (18%) i przewodność płyty przy obniżonej zawartości krzemionki jest wyższa niż płyty zawierającej odpowiednią ilość krzemionki i pozbawioną włókien węglowych (przykład II).The following examples show the relationship between the various compositions of the separator plate according to the present invention and the properties of the obtained separator plate. In each case, porous separator plates measuring 10.2 by 10.2 cm were extruded from various mixtures of Varcum 29338 phenolic resin, having particle sizes less than 200 sieve units, obtained from Occidental Chemical Corporation of Dallas, Texas, silica particles with dimensions of 40 nanometers, carbon fibers having a length of about 150 microns, and graphite powder having a particle size less than 200 sieve units. The powders were carefully mixed and a plate was pressed from them at a pressure of 6900 kPa and a temperature of 204 ° C. Examples I to IV show the effect of silica on the conductivity and water absorption of the separator plates at room temperature. Conductivity and water absorption as a function of silica content are also shown in Figures 2 and 3, respectively. Example 5 shows the properties of a separator plate 39 according to one embodiment of the present invention having 10 weight percent graphite replaced by carbon fibers. Based on the results of Examples I to IV, it can be seen that when silica is added to the mixture, the water absorption of the plates, indicated by the amount of water absorbed, increases while the electrical conductivity of the plate decreases. However, by using 10 percent by weight of carbon fibers in place of the electronically conductive graphite material used in the mixture, the porosity of the board increases, the amount of wetting agent (silica) needed to achieve significant water absorption (18%) is reduced, and the conductivity of the board with a reduced silica content is higher than that of the boards. containing an appropriate amount of silica and devoid of carbon fibers (Example 2).

Przykład IExample I

Płyta została wytłoczona pod ciśnieniem 6900 kPa w temperaturze 204°C z następującym składem i właściwościami:The plate was pressed at a pressure of 6900 kPa at 204 ° C with the following composition and properties:

Skład Composition Typ Type Procent wagowych Percentage by weight Żywica fenolowa Phenolic resin Varcum 2938 Varcum 2938 12,5 12.5 Krzemionka Silica *Aerosil OX-50 * Aerosil OX-50 0,0 0.0 Grafit Graphite **HPS-75 ** HPS-75 87,5 87.5 Właściwości Properties Przewodność (S/cm) Conductivity (S / cm) 130,0 130.0 Zaabsorbowana woda (%Wt) Absorbed water (% wt) 5,6 5.6

* Degussa Corp. Of Richfield Park, New York ** Dixon-Ticonderoga Company of Lake Hurst, New Jersey* Degussa Corp. Of Richfield Park, New York ** Dixon-Ticonderoga Company of Lake Hurst, New Jersey

189 780189 780

Przykład IIExample II

Płyta została wytłoczona pod ciśnieniem 6900 kPa w temperaturze 204°C z następującym składem i właściwościami:The plate was pressed at a pressure of 6900 kPa at 204 ° C with the following composition and properties:

Skład Composition Typ T yp Procent wagowych Percentage by weight Żywica fenolowa Phenolic resin Varcum2938 Varcum2938 12,5 12.5 Krzemionka Silica Aerosil OX-50 Aerosil OX-50 2,5 2.5 Grafit Graphite HPS-75 HPS-75 85,0 85.0 Właściwości Properties Przewodność (S/cm) Conductivity (S / cm) 90,0 90.0 Zaabsorbowana woda (%Wt) Absorbed water (% wt) 5,9 5.9

Przykład IIIExample III

Płyta została wytłoczona pod ciśnieniem 6900 kPa w temperaturze 204°C z następującym składem i właściwościami:The board was pressed under a pressure of 6900 kPa at 204 ° C with the following composition and properties:

Skład Composition Typ Type Procent wagowych Percentage by weight Żywica fenolowa Phenolic resin Varcum 2938 Varcum 2938 12,5 12.5 Krzemionka Silica Aerosil OX-50 Aerosil OX-50 5,0 5.0 Grafit Graphite HPS-75 HPS-75 82,5 82.5 Właściwości Properties Przewodność (S/cm) Conductivity (S / cm) 74,0 74.0 Zaabsorbowana woda (%Wt) Absorbed water (% wt) 6,7 6.7

Przykład IVExample IV

Płyta została wytłoczona pod ciśnieniem 6900 kPa w temperaturze 204°C z następującym składem i właściwościami:The board was pressed under a pressure of 6900 kPa at 204 ° C with the following composition and properties:

Skład Composition Typ Type Procent wagowych Percentage by weight Żywica fenolowa Phenolic resin Varcum 2938 Varcum 2938 12,5 12.5 Krzemionka Silica Aerosil OX-50 Aerosil OX-50 10,0 10.0 Grafit Graphite HPS-75 HPS-75 77,5 77.5 Właściwości Properties Przewodność (S/cm) Conductivity (S / cm) 53,0 53.0 Zaabsorbowana woda (%Wt) Absorbed water (% wt) 8,2 8.2

189 780189 780

Przykład VExample V

Płyta została wytłoczona pod ciśnieniem 6900 kPa w temperaturze 204°C z następującym składem i właściwościami:The board was pressed under a pressure of 6900 kPa at 204 ° C with the following composition and properties:

Skład Composition Typ Type Procent wagowych Percentage by weight Żywica fenolowa Phenolic resin Varcum 2938 Varcum 2938 12,5 12.5 Krzemionka Silica Aerosil OX-50 Aerosil OX-50 2,5 2.5 Grafit Graphite HPS-75 HPS-75 75,0 75.0 Włókno węglowe Carbon fiber *Panex 30 * Panex 30 10,0 10.0 Właściwości Properties Przewodność (S/cm) Conductivity (S / cm) 95,0 95.0 Zaabsorbowana woda (%Wt) Absorbed water (% wt) 18,0 18.0 Średni rozmiar poru (MPS) Medium pore size (MPS) 0,5 p 0.5 p

* Żółtek Corporation z St. Louis w stanie Missouri* Yolk Corporation from St. Louis, Missouri

Elastyczność jest zdolnością ciała do odtworzenia rozmiaru i kształtu po odkształceniu, wywołanemu, na przykład, przez naprężenie ściskające. Elastyczność grafitu, wykorzystywanego w płycie separatora według niniejszego wynalazku jest równa około 26%. To jest, po przyłożeniu naprężenia ściskającego, grafit rozszerza się do około 126% kształtu ściśniętego. W przeciwieństwie do tego, włókno węglowe ma znacznie większą elastyczność. Płyta separatora, posiadająca wyższą elastyczność dzięki elastyczności indywidualnych składników tworzących płytę separatora, jest niepożądana, gdyż ogranicza rozmiary porów, jakie można uzyskać. W szczególności, zastosowanie materiałów, mających większą elastyczność daje płytę o większych rozmiarach porów, zaś zastosowanie materiałów o mniejszej elastyczności daje płytę o mniejszych rozmiarach porów. Większe rozmiary porów ogólnie redukują ciśnienie wymagane, aby gazy reakcyjne przeszły z jednej strony płyty separatora do drugiej i powodują zmniejszenie przewodności płyty. Płyty, w których wykorzystuje się materiały o niskiej elastyczności są ogólnie mocniejsze i lepiej przewodzą elektryczność. Mieszanina grafitu i włókien węglowych, jaka została użyta w przykładzie V daje płytę o elastyczności odpowiadającej elastyczności samego grafitu. Jest to zaskakujące, gdyż specjalista w danej dziedzinie oczekiwałby, że dodanie włókien węglowych, które mają znacznie wyższą elastyczność niż grafit, pozwoli na uzyskanie płyty o znacznie wyższej elastyczności. Zatem, według szczególnie korzystnego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, ilość włókien węglowych obecna w płycie separatora według niniejszego wynalazku jest mniejsza niż około 10% wagowych.Flexibility is the ability of the body to recover size and shape after deformation, caused, for example, by compressive stress. The flexibility of the graphite used in the separator plate of the present invention is approximately 26%. That is, when a compressive stress is applied, the graphite expands to about 126% of the compressed shape. In contrast, carbon fiber has much more flexibility. A separator plate having a higher flexibility due to the flexibility of the individual components making up the separator plate is undesirable as it limits the pore size that can be obtained. In particular, the use of materials having greater flexibility results in a board with larger pore sizes, and the use of materials with less flexibility results in a board with smaller pore sizes. Larger pore sizes generally reduce the pressure required for the reaction gases to pass from one side of the separator plate to the other and reduce the conductivity of the plate. Plates that use materials with low elasticity are generally stronger and conduct electricity better. The mixture of graphite and carbon fibers as used in Example 5 gives a board with a flexibility corresponding to that of graphite alone. This is surprising as one skilled in the art would expect that the addition of carbon fibers, which have a much higher flexibility than graphite, would result in a board with much higher flexibility. Thus, according to a particularly preferred embodiment of the present invention, the amount of carbon fibers present in the separator plate of the present invention is less than about 10% by weight.

Ciśnienie pęcherzykowe płyty separatora związane jest z jej zdolnością do zapobiegania przenikaniu gazów reakcyjnych z jednej strony płyty separatora do drugiej. Ciśnienie pęcherzykowe jest dodatnim ciśnieniem wody w porach płyty separatora, które jest odwrotnie proporcjonalne do rozmiarów porów w płycie. Inaczej mówiąc, im mniejszy jest średni rozmiar porów, tym większe jest ciśnienie wywierane przez wodę zaabsorbowana w płycie. Ciśnienie pęcherzykowe jest więc ciśnieniem, powyżej którego gazy reakcyjne zostaną przepuszczone przez nasyconą wodą płytę, powodują niepożądane wymieszanie dwóch reagentów, jak również wejście gazów reakcyjnych do kanałów wody chłodzącej płyty separatora. Stwierdziliśmy, że płyty separatora według niniejszego wynalazku mają ciśnienie pęcherzykowe większe niż 34,5 kPa. Korzystne przykłady wykonania płyty separatora według niniejszego wynalazku mają ciśnienie pęcherzykowe większe niż 69 kPa, a bardziej korzystne, większe niż 138 kPa.The bubble pressure of the separator plate relates to its ability to prevent reaction gases from permeating from one side of the separator plate to the other. The bubble pressure is the positive pressure of the water in the pores of the separator plate, which is inversely proportional to the pore size of the plate. In other words, the smaller the average pore size, the greater the pressure exerted by the water absorbed in the plate. The bubble pressure is thus the pressure above which the reaction gases will be passed through the water-saturated plate, causing undesirable mixing of the two reactants as well as entering the reaction gases into the cooling water channels of the separator plates. We have found that the separator plates of the present invention have a bubble pressure greater than 34.5 kPa. Preferred embodiments of the separator plate of the present invention have an bubble pressure greater than 69 kPa, and more preferably greater than 138 kPa.

189 780189 780

Jak można zauważyć z przykładów, istnieje równowaga, którą trzeba uzyskać w składzie płyty separatora w celu uzyskania płyty, mającej żądaną przewodność i wodochłonność. Przykłady pokazują, że kiedy ilość czynnika zwilżającego w postaci SiO2 jest zwiększana w celu zwiększenia wodochłonności, przewodność płyty maleje. Fig. 3 przedstawia wzrost ilości zaabsorbowanej wody w płycie ze wzrostem zawartości SiO2, a fig. 2 pokazuje zmniejszanie się przewodności ze wzrostem zawartości SiO2. Wykresy przecinają się dla zawartości krzemionki równej około 5% wagowych. Odpowiednio, korzystne zakresy krzemionki wykorzystywane w płycie separatora według niniejszego wynalazku są w zakresie od 1 do 10% wagowych, a najbardziej korzystnie w zakresie od 2% do 4% wagowych. Dodanie włókien węglowych, jak wcześniej powiedziano, do 20% wagowych, dostarcza dodatkowej porowatości bez utraty przewodności. Jednakże włókna węglowe są drogie i, zatem, pożądane jest minimalizowanie stosowanej ilości.As can be seen from the examples, there is a balance that must be achieved in the composition of the separator plate in order to obtain a plate having the desired conductivity and water absorption. The examples show that when the amount of SiO 2 wetting agent is increased to increase the water absorption, the conductivity of the board decreases. Fig. 3 shows the increase in the amount of absorbed water in the slab with increasing SiO 2 content, and Fig. 2 shows the decrease in conductivity with increasing SiO 2 content. The graphs intersect for a silica content of about 5% by weight. Accordingly, the preferred ranges of silica used in the separator plate of the present invention are from 1 to 10% by weight, most preferably from 2% to 4% by weight. The addition of carbon fibers, as previously mentioned, up to 20% by weight, provides additional porosity without losing conductivity. However, carbon fibers are expensive and, therefore, it is desirable to minimize the amount used.

Płyta separatora 39 według niniejszego wynalazku jest odpowiednia do stosowania albo w stosie ogniw paliwowych z zewnętrznym doprowadzaniem paliwa, albo w stosie ogniw paliwowych z wewnętrznym dostarczaniem paliwa. W przypadku stosu ogniw paliwowych z zewnętrznym dostarczaniem paliwa, gazy reakcyjne są dostarczane z zewnętrznego układu przewodów^, połączonego ze skrajnymi obszarami stosu ogniw paliwowych, podczas gdy w przypadku stosu ogniw paliwowych z wewnętrznym dostarczaniem paliwa, gazy reakcyjne są dostarczane przez dystrybutor utworzony przez perforacje w składnikach ogniw do miejsc reakcji. Stos ogniw paliwowych z wewnętrzna dystrybucją paliwa wykorzystujący dwubiegunowe płyty separatorów według jednego przykładu wykonania niniejszego wynalazku jest przedstawiony na fig. 4. Jak widać na fig. 4, membrana wymieniająca jony 25 i płyta separatora 39 stosu ogniw paliwowych rozciągają się do brzegu stosu. Płyty separatorów 39 są wyposażone w płaskie brzegowe struktury uszczelniające 43, rozciągające się od każdej powierzchni do zetknięcia z membranami wymiany jonów 25 wokół całego ich brzegu, tworząc w ten sposób brzegowe uszczelnienie. Membrany wymiany jonów 25 i płyty separatorów 39 mają ukształtowane liczne otwory dystrybucyjne paliwa 54 gazowego, jeden dla dostarczania i jeden dla usuwania paliwa i liczne otwory dystrybucyjne utleniacza 55, jeden dla dostarczania i jeden dla usuwania utleniacza. Otwory dystrybucyjne 54, 55 w płycie separatora 39 są otoczone przez płaskie struktury uszczelniające 56, 57 stanowiące uszczelnianie dystrybutora, rozciągające się od każdej powierzchni płyty separatora 39 do styku z membraną wymiany jonów 25, tworząc dzięki temu uszczelnienie dystrybutora i, w ten sposób, tworząc liczne dystrybutory gazów paliwa i utleniacza, które rozciągaj ą się przez stos ogniwa. W płaskich strukturach uszczelniających 56, 57 płyty separatora 39 są ukształtowane przewody przepływowe 47, 47' paliwa gazowego otaczające otwory dystrybucyjne paliwa 54 płyty separatora 39 na powierzchni zwróconej w stronę anody 30, tak aby umożliwić przepływ gazowego paliwa miedzy jednym zestawem dystrybutorów a anodowymi obszarami reakcji gazowych, utworzonymi między anodami 30 a powierzchniami płyt separatorów 39, zwróconymi w stronę anody 30, zaś w płaskich strukturach uszczelniających 57 płyty separatora 39 są ukształtowane przewody przepływowe 48 i 48' gazu utleniacza otaczające otwory dystrybucyjne utleniacza 55 na powierzchni płyty separatora 39 zwróconej w stronę katody 35, umożliwiając przepływ gazu utleniacza między drugim zestawem kanałów dystrybucyjnych a komorami katodowymi, utworzonymi między katodami 35 i powierzchniami zwróconymi w stronę katod 35 płyt separatorów 39, zapewniając w ten sposób w pełni wewnętrzna dystrybucję paliwa gazowego i gazu utleniacza do i z każdego ogniwa paliwowego w stosie ogniw paliwowych.The separator plate 39 of the present invention is suitable for use in either an external fuel supply fuel cell stack or an internal fuel supply fuel cell stack. In the case of an external fuel supply fuel cell stack, the reaction gases are supplied from an external conduit system ^ connected to the extreme areas of the fuel cell stack, while in the case of an internal fuel supply fuel cell stack, the reaction gases are supplied by a distributor formed by perforations in cell components to reaction sites. A fuel cell stack with internal fuel distribution employing bipolar separator plates according to one embodiment of the present invention is shown in Fig. 4. As can be seen in Fig. 4, the ion exchange membrane 25 and the separator plate 39 of the fuel cell stack extend to the edge of the stack. The separator plates 39 are provided with flat peripheral sealing structures 43, extending from each face to contact with the ion exchange membranes 25 around their entire periphery, thereby forming an edge seal. The ion exchange membranes 25 and the separator plates 39 are formed with a plurality of fuel gas distribution holes 54, one for supply and one for evacuation, and a plurality of oxidant distribution openings 55, one for supply and one for removal of oxidant. The distribution openings 54,55 in the separator plate 39 are surrounded by flat gaskets 56,57 constituting the distributor seal, extending from each surface of the separator plate 39 to contact with the ion exchange membrane 25, thereby sealing the distributor and thereby forming a seal. numerous fuel and oxidant gas distributors that extend through the stack of cells. Gaseous fuel flow conduits 47, 47 'are formed in the planar sealing structures 56,57 of the separator plate 39 surrounding the fuel distribution openings 54 of the separator plate 39 on the surface facing the anode 30, so as to allow the gas fuel to flow between one set of distributors and the anodic reaction regions. between the anodes 30 and the surfaces of the separator plates 39 facing the anode 30, and the planar sealing structures 57 of the separator plates 39 are formed with oxidant gas flow conduits 48 and 48 'surrounding the oxidant distribution openings 55 on the surface of the separator plate 39 facing the anode 30. cathode 35, allowing the oxidant gas to flow between the second set of distribution channels and the cathode chambers formed between the cathodes 35 and the cathode faces 35 of the separator plates 39, thus ensuring full internal distribution of fuel gas and oxidant gas to and from each of each fuel cell in the fuel cell stack.

Dwubiegunowe płyty separatora 39 w tym przykładzie wykonania są wytwarzane przez zmieszanie przynajmniej jednego przewodzącego elektronicznie, korzystnie zawierającego węgiel, materiału, przynajmniej jednej żywicy i przynajmniej jednego czynnika hydrofitowego, tak aby utworzyć w zasadzie jednorodną mieszaninę, zawierającą około 50% do 95% wagowych wspomnianego przewodzącego elektronicznie materiału, przynajmniej około 5% wagowych wspomnianej żywicy i wspomnianego czynnika hydrofitowego. Mieszanina jest następnie wytłaczana w żądany kształt w temperaturze w zakresie od około od około 121°C do około 260°C i pod ciśnieniem w zakresie od około 3447 kPa do około 27579 kPa.The bipolar separator plates 39 in this embodiment are produced by mixing at least one electronically conductive, preferably carbon containing, material, at least one resin and at least one hydrophytic agent, so as to form a substantially homogeneous mixture containing about 50% to 95% by weight of said conductive material. electronically material, at least about 5% by weight of said resin and said wetlanding agent. The mixture is then extruded into the desired shape at a temperature ranging from about 121 ° C to about 260 ° C and a pressure ranging from about 3447 kPa to about 27579 kPa.

189 780189 780

Według jednego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, w stosie ogniw paliwowych PEM, płyta separatora 39 według niniejszego wynalazku, zawiera elementy do dostarczania i usuwania wody w celu uzyskania cyrkulacji i usuwania wody chłodzącej z wnętrza stosu ogniw paliwowych. Jak widać na fig. lb, płyta separatora 39, zawierająca płytę 39a, zwróconą w stronę katody i płytę 39b, zwróconą w stronę anody, ma ukształtowane liczne kanały wody chłodzącej 34 między nimi. W stosie ogniw paliwowych z wewnętrzną dystrybucją paliwa, jak pokazany na fig. 4, woda jest dostarczana z otworów dystrybucyjnych wody 58, które są wyposażone w rozszerzone uszczelnienia w celu uszczelnienia przed składnikami sąsiedniego ogniwa i które tworzą przewody przepływu wody między otworami dystrybucyjnymi wody 58 a kanałami wody chłodzącej 34 mające wylot 58' wody w płycie separatora 39.According to one embodiment of the present invention, in the PEM fuel cell stack, the separator plate 39 of the present invention includes water supply and removal means to circulate and remove cooling water from the interior of the fuel cell stack. As can be seen in Fig. 1b, the separator plate 39, including the plate 39a facing the cathode and the plate 39b facing the anode, has a plurality of cooling water channels 34 therebetween. In a fuel cell stack with internal fuel distribution, as shown in Fig. 4, water is supplied from the water distribution openings 58, which are provided with expanded seals to seal against adjacent cell components and that form water flow lines between the water distribution openings 58 and through cooling water channels 34 having a water outlet 58 'in the separator plate 39.

FIG. IbFIG. Ib

189 780189 780

c\j oc \ j o

u_ [lM0/S] OSONOOM32Hdu_ [lM0 / S] OSONOOM32Hd

189 780189 780

189 780189 780

FIG.4FIG. 4

189 780189 780

FIG. laFIG. la

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies

Cena 4,00 zł.Price PLN 4.00.

Claims (32)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Płyta separatora dwubiegunowa do stosu ogniw paliwowych z membraną wymieniającą protony, zawierająca co najmniej jeden materiał przewodzący elektronicznie, co najmniej jedną żywicę i co najmniej jeden czynnik hydrofilowy przyciągający wodę do płyty separatora stosu ogniw paliwowych z membraną wymieniającą protony, znamienna tym, że co najmniej jednym przewodzącym elektronicznie materiałem jest materiał zawierający węgiel i materiał ten jest zawarty w ilości od 50% do około 95% wagowych płyty separatora, co najmniej jedna żywica jest żywicą fenolową w ilości przynajmniej 5% wagowych płyty separatora, a czynnik hydrofilowy stanowi krzemionka zawarta w ilości od 0,01 % do 5% wagowych płyty separatora, i płyta separatora zawiera włókna węglowe w maksymalnej ilości wynoszącej do 45% wagowych płyty separatora, przy czym co najmniej jeden przewodzący elektronicznie materiał, co najmniej jedna żywica, co najmniej jeden czynnik hydrofilowy i włókna węglowe są rozmieszczone w zasadnie równomiernie.A bipolar separator plate for a proton exchange membrane fuel cell stack, comprising at least one electronically conductive material, at least one resin and at least one hydrophilic agent attracting water to the separator plate of a proton exchange membrane fuel cell stack, characterized in that each the at least one electronically conductive material is a carbon containing material and the material is from 50% to about 95% by weight of the separator plate, at least one resin is a phenolic resin in an amount of at least 5% by weight of the separator plate, and the hydrophilic agent is the silica contained in the separator plate. from 0.01% to 5% by weight of the separator plate, and the separator plate comprises a maximum amount of carbon fibers of up to 45% by weight of the separator plate, at least one electronically conductive material, at least one resin, at least one hydrophilic agent, and the carbon fibers are spaced reasonably evenly ernie. 2. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jedna żywica jest hydrofilowa.2. The plate according to claim The resin of claim 1, wherein the at least one resin is hydrophilic. 3. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że czynnik hydrofilowy jest czynnikiem zwilżającym.3. The plate according to claim The method of claim 1, wherein the hydrophilic agent is a wetting agent. 4. Płyta według zastrz. 5, znamienna tym, że czynnik zwilżający zawiera mieszaninę krzemionki i tlenków metali wybranych z grupy obejmującej Ti, Al.4. The board according to p. The method of claim 5, wherein the wetting agent comprises a mixture of silica and metal oxides selected from the group consisting of Ti, Al. 5. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jedna żywica fenolowa jest wybrana z grupy obejmującej żywice termoutwardzalne, żywice termoplastyczne i ich mieszaniny.5. The board according to p. The method of claim 1, wherein the at least one phenolic resin is selected from the group consisting of thermosetting resins, thermoplastic resins, and mixtures thereof. 6. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jeden zawierający węgiel przewodzący elektronicznie materiał jest wybrany z grupy obejmującej grafit, sadze, włókna węglowe i ich mieszaniny.6. The board according to p. The method of claim 1, wherein the at least one carbon-containing electronically conducting material is selected from the group consisting of graphite, carbon blacks, carbon fibers, and mixtures thereof. 7. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że jest porowata.7. The board according to p. The composition of claim 1, which is porous. 8. Płyta według zastrz. 9, znamienna tym, że porowatość płyty separatora jest mniejsza niż 5% objętościowych płyty.8. The board according to p. 9. The separator plate as claimed in claim 9, wherein the porosity of the separator plate is less than 5% by volume of the plate. 9. Płyta według zastrz. 7, znamienna tym, że pory mają średnią średnicę w zakresie od 0,25 mikrona do około 2,0 mikronów.9. The board according to p. The pharmaceutical composition of claim 7, wherein the pores have an average diameter ranging from 0.25 microns to about 2.0 microns. 10. Płyta według zastrz. 10, znamienna tym, że ciśnienie pęcherzykowe płyty jest większe niż 34,5 kPa.10. The board according to claim 10. The plate of claim 10, wherein the bubble pressure is greater than 34.5 kPa. 11. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że właściwa przewodność elektryczna płyty separatora jest równa przynajmniej 5 S/cm.11. The board according to p. The separator plate of claim 1, wherein the specific conductivity of the separator plate is at least 5 S / cm. 12. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera od 70% do 90% wagowych zawierającego węgiel przewodzącego elektronicznie materiału, od 8% do 15% wagowych termoutwardzalnej żywicy fenolowej, do 10% wagowych włókien węglowych i od 0,01% do 5,0%) wagowych krzemionki.12. The board according to p. The composition of claim 1, wherein the electronically conductive material comprises 70% to 90% by weight, 8% to 15% by weight of thermosetting phenolic resin, up to 10% by weight of carbon fibers, and 0.01% to 5.0% by weight. silica. 13. Płyta według zastrz. 1, znamienna tym, że między jej powierzchnią (31) zwróconą w stronę anody (30) a jej powierzchnią (36) zwróconą w stronę katody (35) są usytuowane elementy do cyrkulacji wody.13. The board according to claim A device according to claim 1, characterized in that between its surface (31) facing the anode (30) and its surface (36) facing the cathode (35) there are means for circulating water. 14. Sposób wytwarzania płyty separatora dwubiegunowej do stosu ogniw paliwowych, w którym miesza się, co najmniej jeden przewodzący elektronicznie materiał, co najmniej jedną żywicę, co najmniej jeden czynnik hydrofilowy, dobrany do ogniwa paliwowego z membraną wymieniającą protony, a następnie kształtuje się płyty o wymaganym kształcie, znamienny tym, że jako przewodzący elektronicznie materiał stosuje się materiał zawierający węgiel w ilości od 50% do 95% wagowych mieszaniny, jako żywicę stosuje się żywicę fenolową w ilości przynajmniej 5% wagowych mieszaniny, jako czynnik hydrofilowy stosuje się14. A method for producing a bipolar separator plate for a fuel cell stack, wherein mixing at least one electronically conductive material, at least one resin, at least one hydrophilic agent selected for a fuel cell with a proton exchange membrane, and then forming the plates with the required shape, characterized in that the electronically conductive material is a carbon-containing material in an amount of 50% to 95% by weight of the mixture, a phenolic resin is used as the resin in an amount of at least 5% by weight of the mixture, and the hydrophilic agent is 189 780 krzemionkę w ilości od 0,01 do 5% wagowych mieszaniny i dodaje się włókna węglowe w maksymalnej ilości wynoszącej do 45% wagowych i miesza się te składniki mieszaniny do uzyskania jednorodnej mieszaniny, a następnie kształtuje się płytę separatora o wymaganym kształcie w temperaturze od 121°C do 260°C i pod ciśnieniem w zakresie od 3447 kPa do 27579 kPa.189 780 silica in an amount of 0.01 to 5% by weight of the mixture and carbon fibers are added in a maximum amount of up to 45% by weight, and these components of the mixture are mixed until a homogeneous mixture is obtained, and then a separator plate of the required shape is formed at a temperature from 121 ° C to 260 ° C and pressures ranging from 3447 kPa to 27579 kPa. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że jako żywicę stosuje się żywicę hydrofitową.15. The method according to p. The process of claim 14, wherein the resin is a hydrophytic resin. 16. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że jako czynnik hydrofilowy stosuje się czynnik zwilżający.16. The method according to p. The process of claim 14, wherein the hydrophilic agent is a wetting agent. 17. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się czynnik hydrofilowy w postaci mieszaniny krzemionki i tlenku metalu wybranego z grupy obejmującej Ti, Al.17. The method according to p. The process of claim 14, wherein the hydrophilic agent is a mixture of silica and a metal oxide selected from the group consisting of Ti, Al. 18. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się żywicę fenolową wybraną z grupy obejmującej żywice termoutwardzalne, żywice termoplastyczne i ich mieszaniny.18. The method according to p. The process of claim 14, wherein the phenolic resin is selected from the group consisting of thermosetting resins, thermoplastic resins, and mixtures thereof. 19. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się materiał zawierający węgiel wybrany z grupy obejmującej grafit, sadzę, włókna węglowe i ich mieszaniny.19. The method according to p. The process of claim 14, wherein the carbon-containing material is selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon fibers, and mixtures thereof. 20. Stos ogniw paliwowych, zawierający liczne indywidualne ogniwa paliwowe, z których każde zawiera anodę, katodę, membranę wymieniającą jony, umieszczoną między anodą i katodą i płytę separatora, posiadającą powierzchnię zwróconą w stronę anody i powierzchnię zwróconą w stronę katody, przy czym płyta separatora jest umieszczona między anodą jednego ogniwa paliwowego a katoda sąsiedniego ogniwa paliwowego i zawiera, co najmniej jeden materiał przewodzący elektronicznie, co najmniej jedną żywicę i co najmniej jeden czynnik hydrofilowy, znamienny tym, że płyta separatora (39) zawiera, rozłożone w niej równomiernie, co najmniej jeden przewodzący elektronicznie materiał zawierający węgiel w ilości w zakresie od 50% do 95% wagowych płyty separatora (39), co najmniej jedną żywicę fenolową w ilości przynajmniej 5% wagowych płyty separatora (39), czynnik hydrofilowy w postaci krzemionki w ilości od 0,01% do 5% wagowych płyty separatora, a także zawiera włókna węglowe w maksymalnej ilości do 45% wagowych płyty separatora (39), a każda z membran wymieniających jony (25) i płyt separatora (39) rozciąga się do brzegu stosu ogniw paliwowych (15), przy czym płyta separatora (39) ma płaskie brzegowe struktury uszczelniające (43), wystające od każdej powierzchni płyty separatora (39) do styku z membranami wymieniającymi jony (25) wokół całego ich brzegu i tworzące brzegowe uszczelnienie, a membrana wymieniająca jony (25) i płyta separatora (39) posiada liczne otwory dystrybucyjne paliwa (54) i utleniacza (55), usytuowane jeden naprzeciw drugiego, przy czym otwory dystrybucyjne (54, 55) płyt separatorów (39) są otoczone płaskimi strukturami uszczelniającymi (56, 57) wystającymi od powierzchni płyty separatora (39) do styku z membraną wymieniającą jony (25) i tworzącymi kanały dystrybucyjne paliwa gazowego i utleniacza, rozciągające się przez stos ogniw, a w płaskich strukturach uszczelniających (56, 57) są ukształtowane przewody przepływowe (47, 47') przepływu paliwa gazowego między jednym zestawem kanałów dystrybucyjnych a komorami anodowymi, utworzonymi między anodami (35) i zwróconymi w stronę anod powierzchniami płyt separatorów (39), i są ukształtowane przewody przepływowe (48, 48') gazu utleniacza między drugim zestawem kanałów dystrybucyjnych a komorami katodowymi, utworzonymi między katodami (35) a zwróconymi w stronę katod (35) powierzchniami płyt separatorów (39).20. A fuel cell stack comprising a plurality of individual fuel cells each containing an anode, a cathode, an ion exchange membrane disposed between the anode and cathode, and a separator plate having an anode-facing surface and a cathode-facing surface, the separator plate is interposed between the anode of one fuel cell and the cathode of an adjacent fuel cell and comprises at least one electronically conductive material, at least one resin and at least one hydrophilic agent, characterized in that the separator plate (39) comprises uniformly distributed therein at least one electronically conductive material containing carbon in an amount ranging from 50% to 95% by weight of the separator plate (39), at least one phenolic resin in an amount of at least 5% by weight of the separator plate (39), a silica hydrophilic agent in an amount from 0 .01% to 5% by weight of the separator plate, and also contains carbon fibers in a maximum amount of up to 45 % by weight of the separator plate (39) and the ion exchange membranes (25) and the separator plates (39) each extend to the edge of the fuel cell stack (15), the separator plate (39) having flat peripheral sealing structures (43). extending from each surface of the separator plate (39) to contact the ion exchange membranes (25) around their entire edge and forming an edge seal, and the ion exchange membrane (25) and the separator plate (39) have multiple fuel (54) and oxidant distribution holes (55) facing each other, the distribution openings (54, 55) of the separator plates (39) being surrounded by planar sealing structures (56, 57) extending from the surface of the separator plate (39) to contact the ion exchange membrane (25) and forming the gaseous fuel and oxidant distribution channels extending through the stack of cells, and in the planar sealing structures (56, 57) are formed flow conduits (47, 47 ') for the flow of gaseous fuel between one set of distribution channels and the anode chambers formed between the anodes (35) and the anode-facing surfaces of the separator plates (39), and there are formed oxidant gas flow conduits (48, 48 ') between the second set of distribution channels and the cathode chambers formed between the cathodes (35) and the surfaces of the separator plates (39) facing the cathodes (35). 21. Stos według zastrz. 20, znamienny tym, że płyta separatora (39) zawiera przynajmniej jedną żywicę hydrofilową.21. The stack of claim 1 The process of claim 20, characterized in that the separator plate (39) comprises at least one hydrophilic resin. 22. Stos według zastrz. 20, znamienny tym, że czynnik hydrofilowy płyty separatora (39) jest zwilżający.22. The stack according to claim 22 The method of claim 20, characterized in that the hydrophilic agent of the separator plate (39) is wetting. 23. Stos według zastrz. 22, znamienny tym, że zwilżający czynnik hydrofilowy płyty separatora (39) zawiera mieszaninę krzemionki i tlenków metali wybranych z grupy obejmującej Ti, Al.23. The stack of claim 1 The method of claim 22, characterized in that the hydrophilic wetting agent of the separator plate (39) comprises a mixture of silica and metal oxides selected from the group consisting of Ti, Al. 24. Stos według zastrz. 24, znamienny tym, że żywica fenolowa płyty separatora (39) jest wybrana z żywicy termoutwardzalnej, żywicy termoplastycznej i ich mieszanin.24. The stack according to claim 24 The method of claim 24, characterized in that the phenolic resin of the separator plate (39) is selected from a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and mixtures thereof. 25. Stos według zastrz. 20, znamienny tym, że zawierający węgiel materiał przewodzący elektronicznie płyty separatora (39) jest wybrany z grupy obejmującej grafit, sadzę, włókna węglowe i ich mieszaniny.25. The stack of claim 1 The method of claim 20, wherein the carbon-containing electronically conducting material of the separator plates (39) is selected from the group consisting of graphite, carbon black, carbon fibers, and mixtures thereof. 189 780189 780 26. Stos według zastrz. 20, znamienny tym, że płyta separatora (39) zawiera pory.26. The stack of claim 1 20, characterized in that the separator plate (39) comprises pores. 27. Stos według zastrz. 26, znamienny tym, że porowatość płyty separatora (39) jest mniejsza niż 25% objętościowych płyty.27. The stack of claim 1 The method of claim 26, characterized in that the porosity of the separator plate (39) is less than 25% by volume of the plate. 28. Stos według zastrz. 27, znamienny tym, że pory płyty separatora (39) mają średnią średnicę w zakresie od 0,25 mikrona do 2,0 mikronów·'.28. The stack of claim 1 The method of claim 27, characterized in that the pores of the separator plate (39) have an average diameter ranging from 0.25 microns to 2.0 microns · '. 29. Stos według zastrz. 26, znamienny tym, że płyta separatora (39) ma ciśnienie pęcherzykowe większe niż 34,5 kPa.29. The stack of claim 1 The method of claim 26, characterized in that the separator plate (39) has a bubble pressure greater than 34.5 kPa. 30. Stos według zastrz. 20, znamienny tym, że płyta separatora (39) ma właściwą przewodność elektryczną równą przynajmniej około 5 S/cm.30. The stack of claim 1 The method of claim 20, wherein the separator plate (39) has a specific electrical conductivity of at least about 5 S / cm. 31. Stos według zastrz. 20, znamienny tym, że przewody przepływowe (47, 47'; 48, 48') przepływu gazu są ukształtowane w centralnym obszarze płyty separatora (39).31. The stack of claim 1 20, characterized in that the gas flow conduits (47, 47 '; 48, 48') are formed in a central region of the separator plate (39). 32. Stos według zastrz. 20, znamienny tym, że zawiera otwory dystrybucyjne wody (58) do cyrkulacji i usuwania wody ze stosu ogniw paliwowych.32. The stack of claim 1 The method of claim 20, comprising water distribution holes (58) for circulating and removing water from the fuel cell stack.
PL98336926A 1997-05-20 1998-03-31 Two-pole plate of a separator for stack of fuel cells, method for manufacture of two-pole separator plate for stack of fuel cells and stack of fuel cells PL189780B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/859,234 US5942347A (en) 1997-05-20 1997-05-20 Proton exchange membrane fuel cell separator plate
PCT/US1998/006290 WO1998053514A1 (en) 1997-05-20 1998-03-31 Proton exchange membrane fuel cell bipolar separator plate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL336926A1 PL336926A1 (en) 2000-07-17
PL189780B1 true PL189780B1 (en) 2005-09-30

Family

ID=25330405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL98336926A PL189780B1 (en) 1997-05-20 1998-03-31 Two-pole plate of a separator for stack of fuel cells, method for manufacture of two-pole separator plate for stack of fuel cells and stack of fuel cells

Country Status (17)

Country Link
US (1) US5942347A (en)
EP (1) EP0992074B1 (en)
JP (1) JP3565867B2 (en)
KR (1) KR100423181B1 (en)
CN (1) CN1163996C (en)
AT (1) ATE268059T1 (en)
AU (1) AU728255B2 (en)
CA (1) CA2291177A1 (en)
DE (1) DE69824177T2 (en)
ID (1) ID23160A (en)
NO (1) NO995686L (en)
NZ (1) NZ501432A (en)
PL (1) PL189780B1 (en)
RU (1) RU2182387C2 (en)
TW (1) TW399348B (en)
WO (1) WO1998053514A1 (en)
ZA (1) ZA983966B (en)

Families Citing this family (111)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19821767C2 (en) * 1998-05-14 2000-06-08 Siemens Ag Liquid cooling fuel cell stack and method for cooling a FC stack
US6884535B2 (en) * 1998-06-05 2005-04-26 Nisshinbo Industries, Inc. Fuel cell separator
US6197442B1 (en) 1998-06-16 2001-03-06 International Fuel Cells Corporation Method of using a water transport plate
US6159627A (en) * 1998-08-18 2000-12-12 Energy Research Corporation Bipolar separator for use in a fuel cell assembly
US6180275B1 (en) * 1998-11-18 2001-01-30 Energy Partners, L.C. Fuel cell collector plate and method of fabrication
JP4028940B2 (en) * 1998-12-17 2008-01-09 日清紡績株式会社 FUEL CELL SEPARATOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND SOLID POLYMER TYPE FUEL CELL USING THE FUEL CELL SEPARATOR
JP3548447B2 (en) * 1999-01-12 2004-07-28 ニチアス株式会社 Fuel cell separator and method of manufacturing the same
US6123252A (en) * 1999-03-19 2000-09-26 Deutsche Carbone Ag Process for fixing a graphite-rich material onto a metallic body
US6436315B2 (en) * 1999-03-19 2002-08-20 Quantum Composites Inc. Highly conductive molding compounds for use as fuel cell plates and the resulting products
US6365069B2 (en) 1999-03-19 2002-04-02 Quantum Composites Inc. Process of injection molding highly conductive molding compounds and an apparatus for this process
US6251308B1 (en) 1999-03-19 2001-06-26 Premix Highly conductive molding compounds and fuel cell bipolar plates comprising these compounds
US6451471B1 (en) * 1999-07-15 2002-09-17 Teledyne Energy Systems, Inc. Conductivity fuel cell collector plate and method of fabrication
US20020039675A1 (en) * 1999-11-18 2002-04-04 Braun James C. Compounding and molding process for fuel cell collector plates
NL1014403C1 (en) * 2000-02-17 2001-08-20 Nedstack Holding B V Method for manufacturing a plate-shaped semi-finished product that is suitable for use in, among others, Polymer Electrolyte Fuel Cells.
WO2001067533A2 (en) * 2000-03-08 2001-09-13 Ballard Power Systems Inc. Membrane exchange humidifier
US6572997B1 (en) * 2000-05-12 2003-06-03 Hybrid Power Generation Systems Llc Nanocomposite for fuel cell bipolar plate
JP3504910B2 (en) * 2000-06-19 2004-03-08 日本ピラー工業株式会社 Manufacturing method of fuel cell separator
JP2002110189A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Toshiba Corp Separator for fuel cell and its manufacturing method and solid polymer fuel cell using the separator
WO2002031903A1 (en) * 2000-10-06 2002-04-18 International Fuel Cells, Llc Porous carbon body for a fuel cell and method of manufacture
US7968251B2 (en) 2000-11-24 2011-06-28 GM Global Technology Operations LLC Electrical contact element and bipolar plate
DE10058337A1 (en) * 2000-11-24 2002-05-29 Gen Motors Corp Sheet product used as a bipolar plate in a fuel cell or in an electrolyzer has a conductive corrosion resistant protective coating made from a metal oxide on one side.
JP3532547B2 (en) * 2000-11-30 2004-05-31 本田技研工業株式会社 Method for manufacturing seal-integrated separator
JP3571687B2 (en) * 2000-12-07 2004-09-29 本田技研工業株式会社 Method for manufacturing seal-integrated separator
US6730426B2 (en) * 2001-01-12 2004-05-04 Mosaic Energy, Llc Integral sealing method for fuel cell separator plates
US6605380B2 (en) * 2001-02-27 2003-08-12 Dana Corporation Fuel cell plate with variable thickness sealing beads
JP2002298874A (en) * 2001-04-02 2002-10-11 Kemitsukusu:Kk Separator for flat fuel cell and flat fuel cell
US20020180088A1 (en) * 2001-04-03 2002-12-05 Mitsubishi Chemical Corporation Process for producing separator for fuel cell
US6500319B2 (en) * 2001-04-05 2002-12-31 Giner Electrochemical Systems, Llc Proton exchange membrane (PEM) electrochemical cell having an integral, electrically-conductive, compression pad
US6723462B2 (en) 2001-04-06 2004-04-20 Gas Technology Institute Low cost metal bipolar plates and current collectors for polymer electrolyte membrane fuel cells
US20040038104A1 (en) * 2001-04-06 2004-02-26 Qinbai Fan Low cost metal bipolar plates and current collectors for polymer electrolyte membrane fuel cells
US7708235B2 (en) * 2001-04-26 2010-05-04 Pipe Pier Mounting device
US7922130B2 (en) * 2001-04-26 2011-04-12 Pipe Pier Mounting device
US20020180094A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-05 Gough Jeffrey John Hydrophobic fuel cell component
US20020197523A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd Method of producing fuel cell and fuel cell
FR2827998B1 (en) * 2001-07-24 2003-09-12 Atofina HYDROPHILIC PLATE BASED ON FLUORINATED POLYMER
DE10137847B4 (en) 2001-08-02 2019-06-06 General Motors Llc ( N. D. Ges. D. Staates Delaware ) Method for operating a fuel cell system, in which temperatures can occur in the freezing range of water and fuel cell system
US20030148164A1 (en) * 2001-09-07 2003-08-07 Koch Carol A. Efficient fuel cell water transport plates
EP1291946A3 (en) * 2001-09-11 2006-03-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and conductive separator plate thereof
US6780536B2 (en) * 2001-09-17 2004-08-24 3M Innovative Properties Company Flow field
KR100841106B1 (en) * 2001-11-19 2008-06-25 연세대학교 산학협력단 Preparation method of bipolar plate using the electron conducting polymer composite
US20030104257A1 (en) * 2001-12-03 2003-06-05 Jeremy Chervinko Method for bipolar plate manufacturing
US6752937B2 (en) * 2001-12-17 2004-06-22 Quantum Composites, Inc. Highly conductive molding compounds having an increased distribution of large size graphite particles
JP3818149B2 (en) * 2001-12-21 2006-09-06 日産自動車株式会社 Fuel cell
US6953605B2 (en) * 2001-12-26 2005-10-11 Messier-Bugatti Method for densifying porous substrates by chemical vapour infiltration with preheated gas
US6746982B2 (en) * 2001-12-27 2004-06-08 Utc Fuel Cells, Llc Porous carbon body for a fuel cell having an electronically conductive hydrophilic agent
US6794077B2 (en) * 2001-12-28 2004-09-21 Utc Fuel Cells, Llc Passive water management fuel cell
FR2834818B1 (en) 2002-01-14 2006-09-15 Atofina MICROCOMPOSITE POWDER BASED ON GRAPHITE PLATES AND A FLUOROPOLYMER AND OBJECTS MADE WITH THE POWDER
DE10304657B4 (en) 2002-02-08 2015-07-02 General Motors Llc ( N. D. Ges. D. Staates Delaware ) A fuel cell stack and system and method of operating a fuel cell system having such a fuel cell stack
AU2003206514A1 (en) * 2002-02-13 2003-09-04 Dupont Canada Inc. Method for manufacturing fuel cell separator plates under low shear strain
JP2003297385A (en) * 2002-04-03 2003-10-17 Nisshinbo Ind Inc Manufacturing method of fuel cell separator, fuel cell separator and solid high polymer fuel cell
DE10219384A1 (en) * 2002-04-30 2003-11-20 Proton Motor Fuel Cell Gmbh Bipolar plate for fuel cell stacks and process for their manufacture
US20030203266A1 (en) * 2002-04-30 2003-10-30 Jeremy Chervinko Polymer electrolyte membrane fuel cell separator plate composition
DE10229918B4 (en) * 2002-07-04 2017-05-18 Volkswagen Ag Bipolar plate for fuel cells
DE10230395A1 (en) * 2002-07-05 2004-01-15 General Motors Corp., Detroit Conductive component for electrochemical cells and method for producing such a component
JP4645790B2 (en) * 2002-08-09 2011-03-09 日清紡ホールディングス株式会社 Fuel cell separator and polymer electrolyte fuel cell
US6630265B1 (en) * 2002-08-13 2003-10-07 Hoku Scientific, Inc. Composite electrolyte for fuel cells
DE10243592A1 (en) 2002-09-19 2004-04-01 Basf Future Business Gmbh Bipolar plate for PEM fuel cells
TWI241732B (en) * 2002-09-25 2005-10-11 E I Du Pont Canada Company Mesh reinforced fuel cell separator plate
DE10261483A1 (en) 2002-12-23 2004-07-01 Basf Ag Bipolar plate and process for its manufacture
US7365121B2 (en) * 2003-02-19 2008-04-29 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Highly conductive thermoplastic composites for rapid production of fuel cell bipolar plates
US7405019B2 (en) * 2003-03-14 2008-07-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
AU2003215471A1 (en) * 2003-03-27 2004-10-18 E.I. Du Pont Canada Company Post-molding treatment of current collector plates for fuel cells to improve conductivity
JP2005044789A (en) * 2003-07-04 2005-02-17 Nisshinbo Ind Inc Porous fuel cell separator, manufacturing method for porous fuel cell separator and solid polymer fuel cell
US20050003261A1 (en) * 2003-07-04 2005-01-06 Ayumi Horiuchi Porous fuel cell separator, method of manufacture thereof, and solid polymer fuel cell
US6962959B2 (en) * 2003-08-28 2005-11-08 Hoku Scientific, Inc. Composite electrolyte with crosslinking agents
DE102004007583A1 (en) * 2004-02-17 2005-09-08 Forschungszentrum Jülich GmbH Method for the determination of spatial distribution of polymer additives and/or ionomers in a layer of fuel cells, useful in the industry for the quality security and in the research and development
GB2413002B (en) * 2004-04-08 2006-12-06 Intelligent Energy Ltd Fuel cell gas distribution
KR100612306B1 (en) 2004-06-24 2006-08-11 삼성에스디아이 주식회사 A composite material for bipolar plate of fuel cell
DE102004035309A1 (en) * 2004-07-21 2006-02-16 Pemeas Gmbh Membrane electrode units and fuel cells with increased service life
US7241409B2 (en) * 2004-10-29 2007-07-10 Advanced Energy Technology Inc. Gas permeable flexible graphite sheet material and process therefor
KR100669374B1 (en) * 2004-11-25 2007-01-15 삼성에스디아이 주식회사 Metal separator for fuel cell system and method for preparing the same and fuel cell system comprising the same
US7862956B2 (en) * 2004-12-29 2011-01-04 3M Innovative Properties Company Z-axis electrically conducting flow field separator
KR101235428B1 (en) * 2005-04-15 2013-02-20 유티씨 파워 코포레이션 Retaining water in a fuel cell stack for cooling and humidification during frozen startup
CN1316656C (en) * 2005-04-18 2007-05-16 浙江大学 Preparing method for composite two-pole plate for proton exchange film fuel cell
US8211592B2 (en) * 2005-09-15 2012-07-03 GM Global Technology Operations LLC Hydrophilic layer on flowfield for water management in PEM fuel cell
JP5425358B2 (en) * 2005-10-20 2014-02-26 株式会社日立製作所 Method of stopping polymer electrolyte fuel cell system and polymer electrolyte fuel cell system
KR20080066046A (en) 2005-11-09 2008-07-15 디아이씨 가부시끼가이샤 Process for production of fuel cell separators and fuel cells
US20080025898A1 (en) * 2005-12-28 2008-01-31 Gennady Resnick Method of treating a material to achieve sufficient hydrophilicity for making hydrophilic articles
US20070147187A1 (en) * 2005-12-28 2007-06-28 Gennady Resnick Method of using graphite for making hydrophilic articles
US20070148361A1 (en) * 2005-12-28 2007-06-28 Gennady Resnick Method of treating graphite for making hydrophilic articles
US20070154771A1 (en) * 2006-01-04 2007-07-05 Jang Bor Z Highly conductive composites for fuel cell flow field plates and bipolar plates
US8097377B2 (en) * 2006-01-27 2012-01-17 GM Global Technology Operations LLC Development of high energy surfaces on stainless steels for improved wettability
TWI336538B (en) 2006-03-22 2011-01-21 Ind Tech Res Inst Electrically conductive composite
US7879389B2 (en) * 2006-06-27 2011-02-01 GM Global Technology Operations LLC Low-cost bipolar plate coatings for PEM fuel cell
EP2087543B1 (en) 2006-10-16 2013-04-24 Hyundai Hysco Metal separator for fuel cell and fuel cell stack having the same
JP5130691B2 (en) * 2006-10-25 2013-01-30 株式会社日立製作所 Fuel cell module structure
CN100454625C (en) * 2006-11-29 2009-01-21 武汉理工大学 A bipolar plate for conductive ceramics/graphite proton exchange membrane fuel cell and its manufacture method
CN101192672B (en) * 2006-12-01 2010-05-12 比亚迪股份有限公司 Proton exchange film fuel battery flow field plates and method for making same and bipolar plate
KR100790423B1 (en) * 2006-12-20 2008-01-03 제일모직주식회사 Hydrophilic carbon black aggregate, its preparation process, hydrophilic composite material and bipolarplate for fuel cell comprising it
KR100801596B1 (en) * 2006-12-20 2008-02-11 제일모직주식회사 Hydrophilic inorganic aggregate, its preparation process, hydrophilic composite material and bipolarplate for fuel cell comprising it
US7887927B2 (en) * 2007-03-09 2011-02-15 Nanotek Instruments, Inc. Highly conductive, multi-layer composite precursor composition to fuel cell flow field plate or bipolar plate
US8383291B2 (en) * 2007-05-23 2013-02-26 GM Global Technology Operations LLC Three-dimensional hydrophilic porous structures for fuel cell plates
TR200704155A2 (en) 2007-06-15 2009-01-21 Tübi̇tak- Türki̇ye Bi̇li̇msel Ve Teknoloji̇k Araştirma Kurumu Recycled bipolar plate production
US9123921B2 (en) 2008-05-13 2015-09-01 GM Global Technology Operations LLC Hydrolytically-stable hydrophilic coatings for PEMFC bipolar plate
WO2010030277A1 (en) * 2008-09-12 2010-03-18 Utc Power Corporation Fuel cell device having a water reservoir
US8177884B2 (en) 2009-05-20 2012-05-15 United Technologies Corporation Fuel deoxygenator with porous support plate
US20100330462A1 (en) * 2009-06-25 2010-12-30 Gas Technology Institute Corrosion resistant molded graphite plates for highly corrosive electrochemical devices
JP5439160B2 (en) * 2009-12-24 2014-03-12 日本碍子株式会社 Method for manufacturing solid oxide fuel cell, and method for manufacturing molded body of divided body of cell
JP5257497B2 (en) 2011-09-26 2013-08-07 日清紡ケミカル株式会社 Porous separator for fuel cell
US9118040B2 (en) 2012-01-06 2015-08-25 Infinity Fuel Cell And Hydrogen, Inc. Electrochemical cell with improved water or gas management
US10741856B2 (en) * 2012-07-20 2020-08-11 Audi Ag Fuel cell coolant flowfield configuration
CN104903233A (en) * 2012-09-06 2015-09-09 百拉得动力系统公司 Method of processing porous article
AT513501B1 (en) * 2013-09-02 2014-05-15 Abatec Group Ag IR emitter with double glazing
EP3111496B1 (en) * 2014-02-27 2021-12-08 Doosan Fuel Cell America, Inc. Fuel cell component including flake graphite
CN104201391B (en) * 2014-08-11 2017-01-25 深圳市远宏新能源有限公司 Low-temperature molding resin carbon plate and preparation method thereof
CN105742660A (en) * 2014-12-12 2016-07-06 中国科学院大连化学物理研究所 Graphite composite bipolar plate and fuel cell stack
JP6237805B2 (en) * 2016-03-15 2017-11-29 日清紡ケミカル株式会社 Porous separator for fuel cell
IL244698A (en) 2016-03-21 2017-10-31 Elbit Systems Land & C4I Ltd Alkaline exchange membrane fuel cells system having a bi-polar plate
CN109804492B (en) 2016-10-14 2022-04-05 日清纺化学株式会社 Resin composition for dense separator of fuel cell
DK179150B1 (en) * 2016-10-19 2017-12-11 Serenergy As A fuel cell stack and its method of production, a separator plate in particular a bipolar plate, for a fuel cell and its production
DE102019209766A1 (en) * 2019-07-03 2021-01-07 Audi Ag Fuel cell plate, bipolar plate and fuel cell device

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3634569A (en) * 1969-01-08 1972-01-11 United Aircraft Corp Method of manufacture of dense graphite structures
US4175165A (en) * 1977-07-20 1979-11-20 Engelhard Minerals & Chemicals Corporation Fuel cell system utilizing ion exchange membranes and bipolar plates
US4339322A (en) * 1980-04-21 1982-07-13 General Electric Company Carbon fiber reinforced fluorocarbon-graphite bipolar current collector-separator
US4360485A (en) * 1980-08-25 1982-11-23 United Technologies Corporation Method for making improved separator plates for electrochemical cells
US4301222A (en) * 1980-08-25 1981-11-17 United Technologies Corporation Separator plate for electrochemical cells
US4359438A (en) * 1981-09-21 1982-11-16 Ashland Oil, Inc. Process for molding corrosion resistant fuel cell collecting plates
JPS6042213A (en) * 1983-08-19 1985-03-06 Showa Denko Kk Manufacture of carbon sheet
US4737421A (en) * 1983-12-27 1988-04-12 Showa Denko Kabushiki Kaisha Method for producing a carbon sheet and a fuel cell separator
US4738872A (en) * 1985-07-02 1988-04-19 International Fuel Cells Carbon-graphite component for an electrochemical cell and method for making the component
US4670300A (en) * 1985-07-03 1987-06-02 International Fuel Cells Corporation Carbon-graphite component for an electrochemical cell and method for making the component
US4592968A (en) * 1985-07-18 1986-06-03 International Fuel Cells Corporation Coke and graphite filled separator plate for electrochemical cells
US4652502A (en) * 1985-12-30 1987-03-24 International Fuel Cells, Inc. Porous plate for an electrochemical cell and method for making the porous plate
AT389020B (en) * 1986-08-08 1989-10-10 Peter Dipl Ing Dr Schuetz Fuel cell
US4826741A (en) * 1987-06-02 1989-05-02 Ergenics Power Systems, Inc. Ion exchange fuel cell assembly with improved water and thermal management
US4769297A (en) * 1987-11-16 1988-09-06 International Fuel Cells Corporation Solid polymer electrolyte fuel cell stack water management system
US4826742A (en) * 1988-01-21 1989-05-02 International Fuel Cells Corporation Water and heat management in solid polymer fuel cell stack
US4824741A (en) * 1988-02-12 1989-04-25 International Fuel Cells Corporation Solid polymer electrolyte fuel cell system with porous plate evaporative cooling
JPH02181367A (en) * 1989-01-06 1990-07-16 Yamaha Motor Co Ltd Separator for fuel cell and manufacture thereof
US5108849A (en) * 1989-08-30 1992-04-28 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Fuel cell fluid flow field plate
US5284718A (en) * 1991-09-27 1994-02-08 Ballard Power Systems Inc. Fuel cell membrane electrode and seal assembly
JP3444541B2 (en) * 1992-08-24 2003-09-08 株式会社東芝 Polymer electrolyte fuel cell
WO1994015377A1 (en) * 1992-12-23 1994-07-07 International Fuel Cells Corporation Proton exchange membrane fuel cell device with water transfer separator plates
US5547777A (en) * 1994-02-23 1996-08-20 Richards Engineering Fuel cell having uniform compressive stress distribution over active area
US5503944A (en) * 1995-06-30 1996-04-02 International Fuel Cells Corp. Water management system for solid polymer electrolyte fuel cell power plants
US5840414A (en) * 1996-11-15 1998-11-24 International Fuel Cells, Inc. Porous carbon body with increased wettability by water

Also Published As

Publication number Publication date
EP0992074A1 (en) 2000-04-12
EP0992074B1 (en) 2004-05-26
TW399348B (en) 2000-07-21
WO1998053514A1 (en) 1998-11-26
ZA983966B (en) 1998-11-12
NO995686L (en) 2000-01-18
US5942347A (en) 1999-08-24
CA2291177A1 (en) 1998-11-26
NZ501432A (en) 2001-02-23
ID23160A (en) 2000-03-23
AU728255B2 (en) 2001-01-04
JP3565867B2 (en) 2004-09-15
KR100423181B1 (en) 2004-03-18
ATE268059T1 (en) 2004-06-15
CN1264499A (en) 2000-08-23
DE69824177D1 (en) 2004-07-01
AU6789898A (en) 1998-12-11
PL336926A1 (en) 2000-07-17
NO995686D0 (en) 1999-11-19
CN1163996C (en) 2004-08-25
JP2001509950A (en) 2001-07-24
DE69824177T2 (en) 2004-09-30
RU2182387C2 (en) 2002-05-10
KR20010012728A (en) 2001-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL189780B1 (en) Two-pole plate of a separator for stack of fuel cells, method for manufacture of two-pole separator plate for stack of fuel cells and stack of fuel cells
JP4916088B2 (en) Porous carbon body for fuel cell having electrically conductive hydrophilic agent
US4652502A (en) Porous plate for an electrochemical cell and method for making the porous plate
US4759989A (en) Electrode substrate for fuel cell
EP0273427B1 (en) Seal structure for an electrochemical cell
JP4339684B2 (en) Double-band water transport plate for fuel cells
JP2006511429A (en) Carbonaceous coating on flexible graphite material
WO2003023881A1 (en) Efficient fuel cell water transport plates
CA3160120A1 (en) Gas diffusion layer for fuel cells
US4929517A (en) Electrochemical cell assembly
JP3023117B2 (en) Seal structure of electrochemical cell stack and method of manufacturing the same
WO2004038823A2 (en) High water permeability proton exchange membrane
US4938942A (en) Carbon graphite component for an electrochemical cell and method for making the component
US20220158199A1 (en) Gas diffusion layer for a fuel cell, and fuel cell
JP2001015123A (en) Electrode substrate and electrode for fuel cell and fuel cell using the same
EP3525274B1 (en) Electrode structure and redox flow battery comprising same
US7931996B2 (en) Fuel cell with randomly-dispersed carbon fibers in a backing layer
JPS63152876A (en) Fuel battery having matrix assembly of electrolytic liquid
JP2002141071A (en) Porous electrode for fuel cell and its manufacturing method
MXPA98003614A (en) Separating plate of prote exchange membrane fuel cells
WO2002031903A1 (en) Porous carbon body for a fuel cell and method of manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20060331